Черные дыры - это гораздо больше, чем просто черные дыры. Сверхмассивные дыры, которые находятся в сердце большинства галактик, также являются фонтанами частиц, которые заряжают огромные пространства галактик-хозяев титаническими струями расщепленных атомов. Эти фонтанирующие объекты горячо светятся в радиоволнах, позируя астрономическим фотографам на Земле.
И вот теперь астрономы сделали самую четкую фотографию таких струй. Исследователи, работающие с Event Horizon Telescope (EHT), глобальной сетью радиотелескопов, которой удалось сделать первую в истории фотографию тени черной дыры, опубликовали изображение, увеличивающее джеты черной дыры в центре галактики в созвездии Центавра. Это наблюдение расширяет границы астрономии черных дыр, что может помочь исследователям лучше понять, как джеты распространяются по космосу.
"Это самая близкая к Земле радиогалактика", - говорит Майкл Янссен, астроном из Боннского университета в Германии и член коллаборации EHT. Если мы хотим изучить "архетипичный джет, запускаемый сверхмассивной черной дырой, то Центавр А - идеальный кандидат".
Последняя выплата джекпота "черной дыры
EHT координирует работу нескольких радиотелескопов, включая объекты в Антарктиде и Испании, так что массив действует как один инструмент размером с Землю. Когда в 2017 году EHT обратил свой взор на небо, исследователи поймали джекпот в виде черной дыры. Отличная погода обеспечила коллаборацию данными, которые позволили получить первое изображение черной дыры и первое изображение магнитного поля черной дыры - и они все еще копаются в сокровищнице небесной информации.
В понедельник группа исследователей, главным образом, исследователей EHT, сделала свой последний снимок. В течение примерно шести часов в 2017 году массив EHT был нацелен на центр галактики Центавр А, где черная дыра в 55 миллионов раз тяжелее нашего Солнца выбрасывает в космос струи электронов и других частиц длиной в сотни тысяч световых лет.
EHT не смог разглядеть тень самой черной дыры. Центавр А расположен примерно в четыре раза ближе, чем галактика М87, где находится первая черная дыра, которую удалось запечатлеть, но черная дыра Центавра А примерно в 100 раз меньше, чем М87. Тем не менее, исследователи смогли увидеть следующее: выбросы черной дыры. Для большинства телескопов джеты выглядят как тонкие, без особенностей пучки света, похожие на луч лазерной указки. Но самый мощный телескоп Земли смог разглядеть структуры размером примерно в половину светового дня - примерно в три раза шире, чем диаметр орбиты Нептуна.
"Насколько мне известно, - говорит Янссен, - это первый раз, когда мы видим что-то разрешенное в масштабе менее светового дня". Группа опубликовала результаты своих наблюдений в понедельник в журнале Nature Astronomy.
Новое изображение (в центре) примерно в 16 раз резче, чем лучшее предыдущее изображение (слева). Струя в целом похожа на струю из гораздо более крупной черной дыры M87 (справа). Янссен и др.; Nature AstronomyКрупный план позволяет увидеть форму струй в том месте, где черная дыра выбрасывает их в космос. В то время как центр струи кажется почти полностью темным, ее края ярко светятся. Эта особенность проявлялась и в других исследованиях джетов, но никогда так резко. В случае с черной дырой Центавра А это намекает либо на то, что джеты могут быть пустыми конусами, либо на то, что сложное и спиралевидное магнитное поле создает этот эффект.
У теоретиков есть много вопросов о том, как именно черные дыры генерируют такие мощные потоки, на некоторые из которых могут помочь ответить прямые изображения, подобные этому. Далее команда планирует проанализировать поляризованный свет из данных 2017 года, что позволит им увидеть магнитное поле струи напрямую.
От струй к галактикам
Янссен хотел бы хорошо рассмотреть черную дыру в разгар всего этого действа, но после точного расчета того, что потребуется для совершения этого подвига, он не собирается задерживать дыхание. Главной задачей будет увидеть сквозь плотную завесу струй сами струи. По мнению группы, свет чрезвычайно высокой энергии должен быть способен в достаточной степени пробить струи, но уловить его на Земле будет невозможно. Однако если астрономам когда-нибудь удастся вывести на орбиту вокруг Земли массив радиотелескопов и расположить их на расстоянии не менее 5 000 миль друг от друга, то, возможно, эта аппаратура и поможет.
"Я молодой астроном, поэтому мне нравится мечтать", - говорит Янссен. "Это, конечно, займет много времени".
Конкретных планов по созданию такого грандиозного массива пока нет, но молодой области астрономии черных дыр будет чем заняться. EHT продолжает наблюдать несколько объектов, включая черную дыру M87, собственную черную дыру нашей галактики и другие связанные с черными дырами явления, разбросанные по космосу.
Сотрудничество надеется выпустить изображение нашей местной сверхмассивной черной дыры в течение года и будет продолжать описывать новые подробности о своих объектах с помощью дальнейшего анализа. В долгосрочной перспективе массив также примет новые телескопы.
Изучение поведения черных дыр и их струй служит важной проверкой общей теории относительности Эйнштейна, а также является ключом к расширению нашего общего представления о космосе.
Даже самые крупные черные дыры относительно невелики, по размеру они сравнимы с нашей Солнечной системой. Однако каждая из них играет огромную роль в регулировании поведения всей своей галактики: ее джеты извергают частицы на участок пространства в миллиард раз больший, чем сама черная дыра. Эти джеты могут так сильно вздымать газ и пыль, что останавливают звездообразование в галактике. По еще не до конца понятным причинам сверхмассивные черные дыры кажутся фундаментальными для поведения галактик, а галактики - это атомы Вселенной.
"Если мы хотим понять Вселенную, нам нужно понять галактики и то, как они эволюционируют", - говорит Янссен.