Астрономы впервые запечатлели чёрную дыру, выбрасывающую джет
Астрономы получили изображение тени чёрной дыры в центре галактики Messier 87 (M87) и мощную струю-джет, вылетающую из неё. Фотография такой парочки была получена впервые. Наблюдения проводились в 2018 году с помощью телескопов Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), партнёром которого является ESO, и Гренландского телескопа (GLT). Благодаря новому снимку астрономы могут лучше понять, как чёрные дыры могут запускать такие энергичные струи.
У большинства галактик в центре есть сверхмассивная чёрная дыра. Хотя чёрные дыры известны тем, что поглощают материю в непосредственной близости от себя, они также могут запускать мощные струи материи, которые выходят даже за пределы их галактик. Некоторые детали образования подобных джетов пока остаются за пределами понимания астрономов. «Мы знаем, что джеты выбрасываются из области, окружающей чёрные дыры, — говорит Ру-Сен Лу из Шанхайской астрономической обсерватории в Китае, —, но мы до сих пор не до конца понимаем, как это происходит. Чтобы изучить это напрямую, нам необходимо наблюдать за происхождением струи как можно ближе к чёрной дыре».
На опубликованном сегодня снимке впервые показано именно это: как основание струи соединяется с веществом, вращающимся вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Объектом исследования стала галактика M87, расположенная в 55 млн световых лет от нас, в которой живёт чёрная дыра массой в 6,5 млрд солнечных. В ходе предыдущих наблюдений удалось получить отдельные изображения области вблизи чёрной дыры и струи, но впервые обе эти особенности наблюдались вместе. «Это новое изображение дополняет картину, показывая область вокруг чёрной дыры и джет одновременно», — добавляет Чжэ-Юнг Ким из Национального университета Кюнгпук в Южной Корее и Института радиоастрономии Макса Планка в Германии.
Изображение было получено с помощью GMVA, ALMA и GLT, образующих сеть радиотелескопов по всему миру, работающих вместе как виртуальный телескоп размером с Землю. Такая большая сеть может различить очень мелкие детали в области вокруг чёрной дыры M87.
На новом снимке видна струя, возникающая вблизи чёрной дыры, а также то, что учёные называют тенью чёрной дыры. Когда материя вращается вокруг чёрной дыры, она нагревается и излучает свет. Чёрная дыра изгибается и захватывает часть этого света, создавая вокруг чёрной дыры кольцеобразную структуру, видимую с Земли. Темнота в центре кольца — это тень чёрной дыры, которая была впервые изображена телескопом Event Horizon Telescope (EHT) в 2017 году. И это новое изображение, и изображение EHT объединяют данные, полученные с помощью нескольких радиотелескопов по всему миру, но на опубликованном сегодня изображении радиоизлучение испускается на большей длине волны, чем на изображении EHT: 3,5 мм вместо 1,3 мм. «На этой длине волны мы можем видеть, как джет выходит из кольца излучения вокруг центральной сверхмассивной чёрной дыры», — говорит Томас Крихбаум из Института радиоастрономии имени Макса Планка.
Размер кольца, наблюдаемого сетью GMVA, примерно на 50% больше того, что мы увидели на изображении с телескопа Event Horizon Telescope. «Чтобы понять физическое происхождение более крупного и толстого кольца, нам пришлось использовать компьютерное моделирование для проверки различных сценариев, — объясняет Кейичи Асада из Academia Sinica на Тайване. — Результаты показывают, что на новом изображении видно больше материи, падающей в чёрную дыру, чем мы могли видеть с помощью EHT».
Эти новые наблюдения чёрной дыры M87 были проведены в 2018 году с помощью GMVA, состоящего из 14 радиотелескопов в Европе и Северной Америке. Кроме того, к GMVA были подключены ещё два объекта: Гренландский телескоп и ALMA, партнёром которого является ESO. ALMA состоит из 66 антенн в чилийской пустыне Атакама, и он сыграл ключевую роль в этих наблюдениях. Данные, собранные всеми этими телескопами по всему миру, объединяются с помощью техники, называемой интерферометрией, которая синхронизирует сигналы, принимаемые каждым отдельным объектом. Но чтобы правильно передать реальную форму астрономического объекта, важно, чтобы телескопы были разнесены по всей Земле. Телескопы GMVA в основном расположены с востока на запад, поэтому добавление ALMA в Южном полушарии оказалось необходимым для получения этого изображения струи и тени чёрной дыры M87. «Благодаря расположению и чувствительности ALMA, мы смогли обнаружить тень чёрной дыры и одновременно увидеть более глубокое излучение джета», — объясняет Лу.
