Сверхскоростная струя, бьющая из окрестностей чёрной дыры, оказалась "матрёшкой"

15 октября 2018 12:43

Близость галактики М87 делает её излюбленным объектом изучения для специалистов по джетам. Фото NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); P. Cote, E. Baltz.

A, b) изображение джета галактики M87 на частоте 15 гигагерцев; c) поперечный профиль радиояркости с тремя максимумами, который Собьянин объяснил существованием двух вложенных джетов. Иллюстрация Hada et al., 2017.

Схематическое изображение вложенных джетов. Иллюстрация Дениса Собьянина, 2018.

Уникальные наблюдения с помощью российского телескопа, и по совместительству самого большого в мире научного инструмента, позволили обнаружить неожиданное явление. Внутри выброса из окрестностей сверхмассивной чёрной дыры (джета) нашёлся ещё один, помещённый в него как в ножны. Открытие может помочь разгадать природу этих загадочных струй.

Достижение описано в научной статье, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org Денисом Собьяниным из Физического института РАН. На русском языке с этой работой можно ознакомиться в сборнике трудов XV конференции молодых учёных "Фундаментальные и прикладные космические исследования" (PDF-файл).

Напомним, что чёрная дыра часто бывает окружена облаком падающего на неё вещества (аккреционным диском). Джет – это узкая струя вещества, на околосветовой скорости бьющая из такого диска примерно вдоль оси его вращения. Джеты характерны в том числе для сверхмассивных чёрных дыр, расположенных в центрах галактик.

У специалистов до сих пор нет единого мнения о том, какая сила выбрасывает вещество джета из аккреционного диска и почему этот выброс принимает форму стабильной тонкой струи. Поэтому астрономы старательно наблюдают джеты, пытаясь разгадать их природу.

Первые джеты за пределами Млечного Пути были открыты в галактике М87 в созвездии Девы. В её центре находится чёрная дыра массой от трёх до шести миллиардов солнц. Это одна из ближайших к нам галактик с джетами: расстояние до неё составляет "всего" около 50 миллионов световых лет. Поэтому для учёных она является излюбленным объектом наблюдений.

Иллюстрация Hada et al., 2017.

Данные, использованные Собьяниным, были получены с помощью российской наземно-космической обсерватории "Радиоастрон". "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали об этом самом большом научном инструменте в мире. Работа наземных антенн в паре с орбитальным телескопом позволила разглядеть в М87 чрезвычайно мелкие детали, угловой размер которых составлял всего 50 микросекунд. Физический размер этих структур был равен 6–10 радиусам Шварцшильда, который можно условно принять за радиус чёрной дыры. Наблюдения велись на длине волны два сантиметра.

Эти данные позволили Собьянину сделать неожиданный вывод. Внутри джета оказался ещё один джет, вложенный в него, как в футляр. Подобные структуры, судя по всему, никогда ещё не попадали в поле зрения астрономов.

Схематическое изображение вложенных джетов.

Иллюстрация Дениса Собьянина, 2018.

Учёный создал физическую модель подобной струи, рассчитал напряжённость электрического и магнитного полей, давление плазмы и другие величины.

Находка может помочь в поисках ответа на давний вопрос: откуда всё-таки берутся джеты? По мнению автора, наличие двух вложенных друг в друга струй может указывать на то, что работают два механизма выброса частиц. Один из них связан с активностью чёрной дыры, а другой – с процессами, происходящими в самом аккреционном диске.

К слову, ранее "Вести.Наука" писали о том, как "Радиоастрон" в деталях рассмотрел джеты другой галактики и активное галактическое ядро.