Чорна діра випускає потужний струмінь у центр галактики Messier 87

Багато галактик мають у своїх центрах надмасивні чорні діри. Відомо, що ці об’єкти поглинають матерію зі свого безпосереднього оточення, але вони також можуть випускати потужні струмені матерії (струменеві потоки), які виходять навіть за межі галактик, у яких вони знаходяться. Розуміння того, як чорні діри створюють такі типи гігантських струменів, роками спантеличило астрономів.

«Ми знаємо, що струмені викидаються з області навколо чорних дір», — сказав Ру-Сен Лу з Шанхайської астрономічної обсерваторії в Китаї. Але ми досі не до кінця розуміємо, як це відбувається насправді. Щоб вивчити це безпосередньо, нам потрібно спостерігати джерело струменя якомога ближче до чорної діри, додав він.

Зображення, опубліковане в середу, вперше чітко показує проблему: як основа джета зливається з матеріалом, що обертається навколо надмасивної чорної діри. Ціллю є галактика Мессьє 87 (M87), розташована на відстані 55 мільйонів світлових років від нас у космічному сусідстві, яка є домом для чорної діри, у 6,5 мільярдів разів масивнішої за Сонце.

Завдяки попереднім спостереженням вдалося сфотографувати область поблизу чорної діри та струменя окремо. Цього разу вперше дві споруди були зняті разом. «Нове зображення доповнює картину, показуючи область навколо чорної діри та струменя одночасно», — прокоментував Дже-Янг Кім з Національного університету Кюнгпук у Південній Кореї та Інституту радіоастрономії Макса Планка в Німеччині.

Зображення було отримано за допомогою глобального міліметрового масиву VLBI (GMVA), великого міліметрового/субміліметрового масиву Atacama (ALMA), партнером якого є Європейська південна обсерваторія (ESO), і Гренландського телескопа (GLT). Усі вони утворюють мережу радіотелескопів по всьому світу, працюючи разом як віртуальний телескоп розміром із Землю. Така велика мережа може розрізняти дрібні деталі в області навколо чорної діри M87.

На новому зображенні видно струмінь, що починається поблизу чорної діри, а також те, що вчені називають тінню чорної діри. Коли матерія обертається навколо чорної діри, вона нагрівається і випромінює світло. Чорна діра згинається та захоплює частину цього світла, утворюючи навколо себе кільцеподібну структуру, якщо дивитися з Землі. Темрява в центрі кільця — це тінь чорної діри, яка була вперше зображена телескопом Event Horizon Telescope (EHT) у 2017 році. Обидва зображення, останнє та одне від EHT, поєднують дані з багатьох радіотелескопів у всьому світі, але опубліковане сьогодні зображення показує радіохвилі, випромінювані з більшою довжиною хвилі, ніж EHT (3,5 міліметра замість 1,3 міліметра).

– На цій довжині хвилі ми можемо побачити струмінь, що народжується з кільця випромінювання навколо центральної надмасивної чорної діри – прокоментував Томас Кріхбаум з Інституту радіоастрономії Макса Планка.

Розмір кільця, яке спостерігає мережа GMVA, майже на 50 відсотків більше порівняно із зображенням телескопа Event Horizon. «Щоб зрозуміти фізичне джерело більшого і товстого кільця, нам потрібно використовувати комп’ютерне моделювання для перевірки різних сценаріїв. – переклав Кейічі Асаду з Academia Sinica на Тайвані. Результати показують, що нове зображення показує більше матеріалу, що падає на чорну діру, ніж може спостерігати EHT.

Нові спостереження чорної діри в M87 були зроблені в 2018 році за допомогою мережі GMVA, яка включає 14 радіотелескопів у Європі та Північній Америці. Крім того, на той час до GMVA були підключені ще дві обсерваторії: Гренландський телескоп і ALMA, партнером яких є ESO.

Мережа ALMA містить 66 антен у чилійській пустелі Атакама і відіграла ключову роль у цих спостереженнях. Дані, зібрані всіма телескопами в усьому світі, об’єднуються за допомогою техніки, яка називається інтерферометрією, яка синхронізує сигнали, отримані різними пристроями. Але щоб правильно отримати справжню форму астрономічного об’єкта, важливо, щоб телескопи були розставлені по всій Землі. Телескопи GMVA спрямовані здебільшого зі сходу на захід, тому додавання ALMA з південної півкулі мало вирішальне значення для отримання зображення струменя та тіні чорної діри M87. «Завдяки позиціонуванню та чутливості ALMA ми можемо виявити тінь чорної діри та побачити випромінювання від струменя глибше, і те й інше одночасно», — зазначив Лу.

Подальші спостереження за допомогою цієї мережі телескопів продовжать розкривати більше про те, як надмасивна чорна діра випускає потужні струмені. – Ми плануємо спостерігати за областю навколо чорної діри в центрі M87 на різних довжинах радіохвиль для подальшого вивчення випромінювання струменя – сказав Едуардо Рос з Інституту радіоастрономії Макса Планка. Такі одночасні спостереження дозволять команді розгадати складні процеси, які відбуваються в околицях надмасивної чорної діри. «Найближчі роки будуть цікавими, оскільки ми зможемо більше дізнатися про те, що відбувається поблизу одного з найзагадковіших регіонів у Всесвіті», — підсумував Рос.