Запечатлели формирование мощного космического джета
Используя сеть радиотелескопов на Земле и в космосе, астрономы получили самый подробный вид струи плазмы из сверхмассивной черной дыры. Струя движется почти со скоростью света и демонстрирует сложные извилистые узоры вблизи своего источника. Эти закономерности бросают вызов стандартной теории, которая использовалась в течение 40 лет для объяснения того, как эти струи формируются и изменяются с течением времени. Большой вклад в наблюдения внес Институт радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, где данные всех участвующих телескопов были объединены для создания виртуального телескопа с эффективным диаметром около 100 000 километров. Блазары — самые яркие и мощные источники электромагнитного излучения в космосе. Они представляют собой подкласс активных галактических ядер, включающий галактики с центральной сверхмассивной черной дырой, аккрецирующей вещество из окружающего диска. Около 10% активных галактических ядер, классифицируемых как квазары, производят релятивистские плазменные струи.
Блазары принадлежат к небольшой части квазаров, у которых мы можем видеть эти струи, направленные почти прямо на наблюдателя. Недавно группа исследователей, включая ученых из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, Германия, получила изображения самой внутренней области джета блазара 3C 279 с беспрецедентным угловым разрешением и обнаружила удивительно правильные спиральные волокна, которые могут требуют пересмотра теоретических моделей, используемых до сих пор для объяснения процессов образования джетов в активных галактиках. «Благодаря «РадиоАстрону», космической миссии, в рамках которой орбитальный радиотелескоп достиг расстояний до Луны, и сети из двадцати трех радиотелескопов, распределенных по всей Земле, мы получили изображение недр самого высокого разрешения. блазар на сегодняшний день позволяет нам впервые наблюдать внутреннюю структуру джета так подробно», — говорит Антонио Фуэнтес, исследователь из Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC) в Гранаде, Испания, возглавляющий работу.
Новое окно во Вселенную, открытое миссией «РадиоАстрон», раскрыло новые детали плазменной струи 3C 279, блазара со сверхмассивной черной дырой в ядре. Джет имеет как минимум две скрученные нити плазмы, простирающиеся на расстояние более 570 световых лет от центра. «Впервые мы увидели такие нити так близко к источнику джета, и они говорят нам больше о том, как черная дыра формирует плазму. Внутренний джет также наблюдался двумя другими телескопами, GMVA и EHT, на орбите. гораздо более короткие длины волн (3,5 мм и 1,3 мм), но они не смогли обнаружить формы нитей, потому что они были слишком слабыми и слишком большими для этого разрешения», — говорит Эдуардо Рос, член исследовательской группы и европейский планировщик GMVA. «Это показывает, как разные телескопы могут выявить разные особенности одного и того же объекта», — добавляет он. Струи плазмы, исходящие от блазаров, не совсем прямые и однородные. Они показывают неожиданные повороты, которые показывают, как на плазму влияют силы вокруг черной дыры. Астрономы, изучавшие эти завихрения в 3C 279, называемые спиральными нитями, обнаружили, что они вызваны нестабильностями, развивающимися в струйной плазме.
В процессе они также поняли, что старая теория, которую они использовали для объяснения того, как струи менялись с течением времени, больше не работает. Следовательно, необходимы новые теоретические модели, которые смогут объяснить, как такие спиральные нити формируются и развиваются так близко к источнику струи. Это не только большой вызов, но и прекрасная возможность узнать больше об этих удивительных космических явлениях. «Один особенно интригующий аспект наших результатов заключается в том, что они предполагают наличие спирального магнитного поля, которое ограничивает струю», — говорит Гуан-Яо Чжао, в настоящее время связанный с MPIfR и член группы ученых. «Следовательно, именно магнитное поле, которое вращается по часовой стрелке вокруг струи в 3C 279, направляет и направляет плазму струи, движущуюся со скоростью, в 0,997 раз превышающей скорость света». «Подобные спиральные нити наблюдались во внегалактических джетах и раньше, но в гораздо больших масштабах, и считается, что они возникают в результате того, что разные части потока движутся с разными скоростями и сталкиваются друг с другом», — добавляет Андрей Лобанов, еще один ученый из группы исследователей MPIfR. . «Благодаря этому исследованию мы вступаем в совершенно новую область, в которой эти волокна могут быть фактически связаны с самыми сложными процессами в непосредственной близости от черной дыры, производящей струю».
Исследование внутренней струи 3C 279, о котором теперь говорится в последнем выпуске журнала Nature Astronomy, расширяет продолжающиеся усилия по лучшему пониманию роли магнитных полей в начальном формировании релятивистских потоков из активных галактических ядер. В нем подчеркиваются многочисленные остающиеся проблемы современного теоретического моделирования этих процессов и демонстрируется необходимость дальнейшего совершенствования радиоастрономических инструментов и методов, которые открывают уникальную возможность получения изображений далеких космических объектов с рекордным угловым разрешением. С помощью специальной методики, называемой интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI), виртуальный телескоп с эффективным диаметром, равным максимальному разносу между антеннами, участвующими в наблюдении, создается путем объединения и корреляции данных разных радиообсерваторий.
Ученый проекта «РадиоАстрон» Юрий Ковалев, сейчас работающий в МПиФР, подчеркивает важность здорового международного сотрудничества для достижения таких результатов: «Обсерватории из двенадцати стран были синхронизированы с космической антенной с помощью водородных часов, образовав виртуальный телескоп размером с расстояние от Земли до Луны." Антон Зенсус, директор MPIfR и одна из движущих сил миссии «РадиоАстрон» на протяжении последних двух десятилетий, заявляет: «Эксперименты с РАДИОАСТРОНОМ, которые привели к получению подобных изображений квазара 3C 279, являются исключительными достижениями, возможными благодаря международному научному сотрудничеству Обсерватории и ученые во многих странах. Миссия потребовала десятилетий совместного планирования перед запуском спутника. Создание реальных изображений стало возможным благодаря подключению больших наземных телескопов, таких как Эффельсберг, и тщательному анализу данных в нашем корреляционном центре VLBI в Бонне. "
