Международная группа учёных с помощью европейского радиотелескопа LOFAR обнаружила самую большую пару релятивистских джетов. Две гигантские струи газа и частиц, испускаемые очень далекой сверхмассивной черной дырой, простираются на расстояние не менее 23 миллионов световых лет. Для сравнения, это эквивалентно примерно 140-кратному диаметру нашей Галактики, Млечного Пути.
Это сооружение прозвали Порфирион — имя гиганта из греческих сказаний. Ее энергия приблизительно равна энергии триллиона Солнц. Исследователи, опираясь на данные нескольких телескопов, предположили, что оно относится к эпохе, когда Вселенной было 6,3 миллиарда лет.
Отчетное количество релятивистских струй превышает прогноз.
Релятивистские струи — потоки заряженных частиц (электронов и протонов), вылетающие со скоростями, близкими к скорости света, из чрезвычайно энергетических объектов, например, сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.
Мы считаем, что эти потоки образуются при затягивании вещества черной дырой, создавая аккреционный диск. Сильные магнитные поля из диска выбрасывают часть вещества в космос вдоль оси вращения объекта. Благодаря огромной скорости и энергии потоки видны на больших расстояниях, часто пересекая целые галактики и влияя на звездообразование и эволюцию.
До открытия Порфириона самым большим наблюдаемым струйным объектом считалась Альционея, удаленная на три миллиарда световых лет. Открытая в 2022 году, она простирается на шестнадцать миллионов световых лет, что приблизительно в сто раз больше диаметра Млечного Пути.
Последние наблюдения телескопа LOFAR выявили более десяти тысяч малозаметных струйных структур. Ранее, до получения данных от радиотелескопа, такие системы были известны лишь в сотнях случаев, считаясь редкими и значительно меньшими по размеру.
Порфирион: рекордная пара джетов
Ученые, проведя наблюдения с помощью LOFAR, установили местонахождение галактики, откуда поступил Порфирион. Для этого использовали Гигантский метроволновый радиотелескоп (GMRT) в Индии и данные спектроскопического прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Это галактика, масса которой в десять раз превышает массу Млечного Пути.
Обсерватория Кека на Гавайях помогла установить, что объект находится в 7,5 миллиардах световых лет от Земли. Исследователи обнаружили, что его питает сверхмассивная черная дыра, находящаяся в «радиационном режиме», а не «реактивном». В этом состоянии черная дыра издает энергию преимущественно в виде электромагнитного излучения, а не производит мощные струи частиц, свойственные другим активным черным дырам.
Несмотря на то, что черная дыра, связанная с Порфирионом, находится в излучающем режиме, ей удаётся генерировать особенно мощные струи. Это открытие удивило исследователей, так как до этого момента считалось, что такие сильные джеты могут производиться только черными дырами в струйном режиме. Этот результат открывает новые возможности и предполагает, что в ранней Вселенной, где излучающие черные дыры были более распространены, могло существовать гораздо больше примеров мощных джетов, которые ещё не были обнаружены.
Остается много сомнений
Способность релятивистских струй распространяться за пределы галактик-хозяев без потери стабильности остается загадкой. Одно из вероятных объяснений заключается в том, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики переживает особенно долгую и стабильную фазу аккреции, которая позволяет ей оставаться активной в течение миллиарда лет. Это поддерживает направление джетов достаточно долго, чтобы они могли распространяться на большие расстояния.
Последние годы ознаменованы прогрессом в изучении физики сверхмассивных черных дыр и их роли в галактиках благодаря низкочастотным наблюдениям. Усовершенствованные технологии позволяют точно обрабатывать сложные данные, открывая новые явления, связанные с этими космическими объектами.
Исследователи планируют более подробно изучить воздействие этих струй на окружающую среду: распространение космических лучей, тепла и материалов, таких как тяжелые атомы и магнитные поля, в межгалактическом пространстве.
Понимание механизмов распространения магнитных полей критически важно для выяснения их роли в крупномасштабной космической структуре и возможного влияния на важные явления, например формирование условий, благоприятных для жизни, подобных земным.
Аннотацию исследования, опубликованного в журнале Nature, можно прочитать. .