Радиогалактики, обладающие небольшими размерами и демонстрирующие выбросы плазменных струй в двух направлениях из центра, оказались поглотителями массивных звезд. Полученные в результате наблюдений данные позволили ученым подтвердить давние предположения о том, что эти редкие объекты представляют собой принципиально новый класс.
Когда в 1970-х годах исследователи изучили самые компактные, диаметром менее килопарсека (3,2 тысячи световых лет), радиогалактики, что свидетельствует об их асимметричности. От их заметного центра протягивается только один джет. Это открытие послужило отправной точкой для изучения активных ядер галактик, содержащих джеты. Однако вскоре ученые идентифицировали отдельную группу аномальных объектов — небольшие активные галактики с двумя джетами, которые получили название компактных симметричных объектов (КСО). И вот, наконец, исследователям удалось установить причины возникновения этих радиоисточников.
Двусторонние джеты наблюдаются и у крупных галактик, таких как Лебедь А и NGC 1052. Это навело на мысль, что компактные скопления галактик могут быть предшественниками галактик с мощными джетами, и что эти джеты формируются и увеличиваются постепенно. Кроме того, предполагалось, что рост джетов может быть остановлен плотностью окружающей космической среды.
Впрочем, еще в 1980-х годах астроном Энтони Ридхед, обнаруживший первые свидетельства симметричности космического микроволнового фона, исследовал спектры трех подобных объектов и выдвинул гипотезу, что это совершенно новый класс радиоисточников. Возникли две версии их природы: либо это старые и медленно вращающиеся объекты, либо очень короткоживущие. Вскоре он предположил, что «подпитываются» КСО через события приливного разрушения, то есть от обломков звезды, подлетевшей слишком близко к сверхмассивной черной дыре.
Для подтверждения выдвинутых предположений требовался значительный объем данных наблюдений, который в то время отсутствовал. В 2020 году Энтони Ридхед, ныне профессор астрономии Калифорнийского технологического института (США), предложил коллегам вернуться к этому вопросу и провести проверку гипотез.
В течение двух лет команда провела всесторонний анализ научной литературы, посвященной поиску компактных симметричных объектов. Из 3125 проанализированных источников было отобрано 79 настоящих КСО, 15 из которых были идентифицированы впервые. Помимо этого, исследователи определили 167 высококачественных кандидатов в КСО, за состоянием которых сейчас ведется наблюдение. Еще более тысячи объектов, относящихся к категории «второго класса», также планируется проверить в будущем. В ближайшие годы ученые рассчитывают увеличить количество подтвержденных КСО не менее чем в три раза.
Существенное уменьшение числа кандидатов — от трех тысяч до 79 КСО — объясняется простым фактором. Объекты включались в список кандидатов на основании двух характеристик: наличия признаков двухстороннего джета и размера, не превышающего одного килопарсека. В новом исследовании авторы применили еще два критерия, изначально заложенные в определение этих объектов: малая изменчивость (высокая стабильность) и небольшая скорость выбросов. На данном этапе работы ученые описали в первой из трех статей, опубликованных в журнале The Astrophysical Journal.
Во второй публикации авторы сосредоточились на более детальном изучении изучили отобранные КСО. Несколько лет назад ученые показали, что существует два класса КСО, различающихся по тому, как они излучают: с максимально ярким излучением у ядра (КСО 1s) и с пиком излучения на конце джета, где тот, видимо, сталкивается со скоплением межгалактической материи (КСО 2s). Оказалось, на КСО 1s приходится лишь пятая часть компактных симметричных объектов. Ученые сфокусировались на КСО 2s.
Сравнив их характеристики, такие как размеры, красное смещение и другие параметры, авторы исследования пришли к заключению, что более 99 процентов этих объектов не могут преобразоваться в крупные радиоисточники. Их размеры не превышают 1,6 тысячи световых лет (500 парсек), а время жизни подобных джетов ограничено пятью тысячами земных лет, что является очень небольшим сроком в космических масштабах. К примеру, джеты Лебедя А простираются на 230 тысяч световых лет и существуют на протяжении десятков миллионов лет.
«Эти компактные источники не являются молодыми объектами. Трудно назвать 12-летнего пса молодым, даже если он прожил меньше, чем взрослый человек. Это объекты иного типа, существующие и исчезающие в течение тысяч лет, в отличие от галактик с мощными выбросами вещества, которые живут миллионы лет», — объяснил Ридхед.
Наконец, в третьей статье ученые показали, по мнению авторов, формирование подобных радиогалактик может быть связано с процессами приливного разрушения. Сравнительный анализ кривых роста позволило реконструировать эволюцию джетов и разделить кривые роста 2s на три эволюционных подгруппы. Необычайно долгий срок существования джетов, по мнению исследователей, обусловлен, скорее всего, значительной массой разрушенных звезд. В то же время, они отмечают, что на данном этапе нельзя полностью исключить и другие варианты формирования джетов, такие как нестабильность в аккреционном диске, окружающем черную дыру.
«По мнению наших специалистов, при разрушении звезды вся высвободившаяся энергия направляется в струи вдоль оси вращения черной дыры. Изначально гигантская черная дыра остается невидимой, однако, когда она поглощает звезду, происходит резкое увеличение активности, позволяющее нам ее зафиксировать», — пояснил Ридхед.
Компактные симметричные объекты представляют интерес не только как отдельный класс радиогалактик, но и как удобные инструменты для исследования активности ядер галактик, сверхмассивных черных дыр, аккреционных дисков и процессов формирования релятивистских струй. Благодаря новым астрономическим обзорам, выполненным с использованием более совершенных приборов, станет возможным обнаружение более слабых КСО.