Впервые прослежен к истоку: 3000-светолетний джет черной дыры M87 раскрывает тайны своей «запускающей» зоны

Ученые впервые проследили путь космического джета длиной в 3000 световых лет, исходящего из первой в истории сфотографированной черной дыры M87*, до его вероятной точки зарождения. Это стало возможным благодаря «значительно улучшенному охвату» глобальной сети телескопов Event Horizon (Телескоп горизонта событий, EHT), о чем сообщается в новом исследовании, опубликованном на этой неделе.

Результаты, обнародованные в среду в журнале «Astronomy & Astrophysics», могут помочь точно определить, откуда и как черные дыры испускают гигантские космические струи материи, движущиеся почти со скоростью света.

M87* — сверхмассивная черная дыра, расположенная в галактике Мессье 87 на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, и ее масса превышает солнечную в 6,5 миллиардов раз. Первое изображение этого объекта было представлено миру в 2019 году на основе данных, собранных EHT в 2017-м.

Эта черная дыра не только сверхмассивна, «она еще и активна», — пояснила в видеоролике, посвященном открытию, доктор Пади Бойд из NASA. — «Лишь несколько процентов черных дыр активны в любой данный момент. Они включаются и затем выключаются? Это одна из идей... Нам известно, что существуют очень мощные магнитные поля, которые и формируют джет. Таким образом, это изображение является наблюдательным доказательством того, что мы наконец видим, как джет, который мы давно изучали, фактически зарождается и связан с той самой сверхмассивной черной дырой в центре M87».

Согласно данным Scientific American и Space.com, M87* одновременно поглощает окружающий газ и пыль и извергает из своих полюсов мощные струи заряженных частиц, формирующие наблюдаемый джет.

«Это исследование представляет собой ранний шаг на пути соединения теоретических идей о механизме запуска джетов с прямыми наблюдениями», — заявил, как сообщает Space.com, руководитель группы из Института радиоастрономии Макса Планка Саурабх. Он добавил: «Определение того, где может зарождаться джет и как он связан с тенью черной дыры, добавляет ключевой элемент к пазлу и указывает путь к лучшему пониманию работы центрального “двигателя”».

Телескоп Event Horizon представляет собой глобальную сеть из восьми радиообсерваторий, которые, объединяясь, формируют виртуальный телескоп размером с Землю. Это позволяет детектировать радиоволны от астрономических объектов, таких как галактики и черные дыры.

Выводы исследования основаны на анализе данных EHT за 2021 год. Однако авторы работы подчеркивают, что, хотя результат надежен в рамках сделанных допущений и проведенных проверок, окончательное подтверждение и более точные ограничения потребуют будущих наблюдений EHT с более высокой чувствительностью и улучшенным покрытием на средних базах за счет добавления новых станций и расширения частотного диапазона.

Это открытие подобно тому, как если бы археологи, много лет изучавшие мощную реку, наконец нашли не только ее устье, но и точно определили тот самый родник в горах, откуда она начинает свой путь. Джет M87* — одна из самых могущественных «рек» во Вселенной, и понимание его истока критически важно.

До сих пор астрофизики в основном строили компьютерные модели, пытаясь объяснить, как именно черная дыра, известная своим всепоглощающим гравитационным притяжением, одновременно может быть космической «пушкой», выстреливающей вещество. Основные теории связывают этот процесс с чудовищным магнитным полем, которое формируется из вращающегося диска раскаленной материи (аккреционного диска) вокруг черной дыры. Часть падающего вещества, вместо того чтобы исчезнуть за горизонтом событий, словно захватывается этими магнитными линиями и с колоссальной энергией выбрасывается прочь вдоль оси вращения.

Новые данные EHT, по сути, впервые «привязывают» основание видимого джета к конкретной области в непосредственной близости от черной дыры и ее аккреционного диска. Это позволяет проверить, какая из существующих теорий — например, связанная с магнитными полями в самой внутренней стабильной орбите или с процессами в короне черной дыры — лучше соответствует реальности.

Следующим шагом станет не только повышение детализации изображений, но и изучение поляризации излучения в этой области. Поляризация — это своеобразный «отпечаток пальца» магнитного поля, который расскажет о его силе и структуре прямо в эпицентре запуска джета. Так, шаг за шагом, ученые приближаются к разгадке одного из самых впечатляющих и энергетически мощных процессов в космосе, способных влиять на формирование целых галактик.