Точно, как никогда до сих пор, радиоастрономам удалось заглянуть в зону ядра черной дыры в центре одной из галактик. И вполне возможно, что насыщенные энергией струи материи в их непосредственной близости образуются иначе, чем считалось до сих пор.
Черная дыра глазами художника. Иллюстрация NASA/JPL-Caltech
Не каждая материя, приближающаяся к черной дыре, поглощается той безвозвратно. Иногда в последний момент материи удается «смыться», причем почти в буквальном смысле слова. Если черная дыра вращается достаточно быстро, возникает пространство, в котором материя захватывается этим вращением дыры, а затем двумя обратными потоками материи, так называемым джетами, снова отбрасывается со скоростью, близкой скорости света.
Астрономы обнаружили такие струи материи в центрах некоторых галактик, причем именно там, где предполагается существование массивных черных дыр. Но как именно возникают эти струи, до сих пор остается загадкой. Пространственное разрешение даже самых больших телескопов пока что слишком недостаточно, чтобы исследовать непосредственное окружение даже самых больших дыр, масса которых составляет миллиарды солнечных масс: они расположены слишком далеко.
Но именно это удалось радиоастрономам при поддержке технической группы Института радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне. Они сумели вычленить струю материи из структур галактики Персея, которые находятся в десять раз ближе к центральному источнику, чем это можно было до сих пор увидеть с помощью радиотелескопов. Это помогло ученым исследовать невидимые доселе детали в регионе образования струй.
Крупнейший в мире интерферометр
Ученые под руководством Габриелы Джованнини из университета Болонби в Италии и Туомаса Саволайнена из университета Аалто в Финляндии использовали для этого не только радиотелескопы на Земле, которые посредством радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (VLBI) уже давно и успешно объединяются в гигантский телескоп с соответственно большой угловой разрешающей способностью. Они подключили в их сеть RadioAstron запущенный в 2011 году российский орбитальный телескоп «Спектр-Р». Да, «Спектр-Р» со своей десятиметровой параболической антенной по сравнению с объединенными антеннами на Земле, одной из которых является стометровый Эффелсбергский радиотелескоп в Германии, может показаться жалким карликом. Но именно его роль оказалась здесь решающей.
«Спектр-Р» обращается вокруг Земли по экстремально эллиптической орбите, удаляющейся от нашей планеты на расстояние до 350 000 километров – почти до орбиты Луны. Благодаря такой невероятной базовой линии, обеспечивающей максимальной удаление телескопов друг от друга, система RadioAstron превратилась в телескоп с наибольшей угловой разрешающей способностью в истории астрономии. И хотя работает он на длинных волнах, он превышает способности космического телескопа "Хаббл" по угловому разрешению в 1000 раз.
RadioAstron наблюдает за Персеем А. Слева: Художественное представление объединения телескопов RadioAstron из связанных земных телескопов и орбитального телескопа «Спектр-Р». Справа: Радиоизлучение новосформированного джета в ядре Персея А. Черная дыра находится в эллипсе в верхней оконечности структуры.
Иллюстрация Pier Raffaele Platania INAF/IRA (композиция); ASC, Институт Лебедева (снимок RadioAstron)
С помощью такого супертелескопа Джованнини, Саволайнен и их команда смогли следить за структурой джета в центре Персея А на протяжении двенадцати световых дней, начиная от его исходной точки возле черной дыры, масса которой составляет около двух миллиардов солнечных масс. Двенадцать световых дней соответствуют расстоянию в 312 миллиардов километров, что в 2000 раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Но если сравнить это с расстоянием в 230 миллионов световых лет до галактики Персей А, то это очень маленькая дистанция.
«Результат оказался удивительным», - считает Джованнини. - «Оказалось, что измеренное растяжение струи по ширине значительно больше, чем предполагалось на основании современных предпочтительных моделей возникновения струй материи». В соответствии с этими моделями, газовый поток возникает точно в пространственной зоне, получившей название «эргосфера», в непосредственной близости от горизонта событий вращающейся черной дыры, где само пространство затягивается в круговое движение вокруг черной дыры, затягивая при этом с собой любую материю.
Струи выглядят по-разному?
Вместо этого наблюдения показали, что как минимум внешняя часть струй исходит от расположенного значительно дальше снаружи аккреционного диска. Здесь собирается материя до того, как попадает в эргосферу. «Наши результаты не доказывают окончательно, что современные модели, в которых струи материи исходят их эргосферы, неправильны», - дополняет Туомас Саволайнен, руководитель программы наблюдений RadioAstron. - «Но они дают возможность теоретикам заглянуть в структуру джетов вблизи их исходной точки и найти там информацию для дальнейшего развития модели».
Своими наблюдениями ученые сделали важный шаг, который позволит лучше понять сложнейшие процессы в непосредственной близости от массивных черных дыр. И уже сейчас становится понятным, что не все струи материи одинаковы. В двух отдельных джетах материи наиболее близких к нам черных дыр, которые удалось до сих пор изучить лучше всего, астрономы обнаружили параболическую форму струи материи вблизи черной дыры. А вот у Персея А струя имеет явно цилиндрическую форму.
Джованини и ее команда считают причиной этого относительно юный возраст объекта. Струя, если смотреть на процесс с нашей точки наблюдений, образовалась в течение последних десяти лет. Можно предположить, что сверхбыстрая материя этой струи выталкивает из «чисто выметенного» пространства предыдущую струю, состоящую из межзвездного материала. Но свою форму новый джет меняет очень быстро. Астрономы будут продолжать наблюдения, и с помощью RadioAstron у них появилась реальная возможность проследить за развитием молодого джета материи во всех деталях.
0
