Космический телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал наиболее детальное на данный момент изображение релятивистской струи, выброшенной сверхмассивной черной дырой в центре галактики M87, в инфракрасном диапазоне. Эта струя, которую астрономы исследуют уже более столетия, представлена на новом снимке в виде светящейся розовой полосы, простирающейся на тысячи световых лет от черной дыры на фоне туманного фиолетового сияния. Полученные данные отличаются тем, что впервые в инфракрасном свете удалось зарегистрировать слабовыраженную контрструю, удаляющуюся от черной дыры в противоположном направлении на расстоянии приблизительно 6000 световых лет.
Расположенная в 55 миллионах световых лет от Земли галактика M87 содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру M87*. Эта черная дыра прославилась благодаря первому в истории прямому изображению, полученному в 2019 году. M87* является двигателем колоссального выброса, который служит естественной лабораторией для изучения экстремальных физических процессов. Международная команда астрономов под руководством Яна Рёдера из Института астрофизики Андалусии в Испании использовала инструмент NIRCam на телескопе «Джеймс Уэбб» для съемки струи в четырех инфракрасных диапазонах.
Для выделения самого выброса исследователи тщательно вычли свет звезд, пыли и фоновых галактик. В результате получен наиболее детальный инфракрасный портрет струи M87 из когда-либо созданных.
На представленном изображении заметны яркие узлы вдоль струи, обозначающие участки, где частицы ускоряются до скоростей, приближающихся к скорости света. По мере сближения со срединной частью галактики струя принимает спиральную конфигурацию, а также видна структура, перемещающаяся с меньшей скоростью и именуемая «узел L», и более светлая область HST-1, известная своим кажущимся движением, превышающим скорость света. Детальное изображение, полученное с помощью телескопа «Уэбб», выявило, что HST-1 распадается на две отдельные субструктуры, характеризующиеся различными свойствами излучения, что указывает на наличие ударных волн и сложную динамику частиц вблизи черной дыры. В отношении контрструи исследование показало, что она проявляется в виде двух нитей, соединенных горячей точкой, формируя слабую С-образную структуру, что соответствует более ранним радиоисследованиям.
Полученные сведения указывают на то, что свечение струи вызвано синхротронным излучением – это свет, который испускают заряженные частицы, движущиеся по спирали в магнитных полях. Анализируя незначительные вариации в цвете между инфракрасными диапазонами, исследователи смогли отследить, как частицы ускоряются, теряют энергию и закручиваются вдоль струи. Подобные струи, получающие питание от сверхмассивных черных дыр, выступают в роли естественных ускорителей частиц, разгоняя их до энергий, которые невозможны в земных условиях. Их изучение помогает астрономам понять, как черные дыры воздействуют на галактики, контролируя процессы звездообразования и распределяя вещество и энергию на большие расстояния в межгалактическом пространстве.