Надмасивна чорна діра та її струмінь на одному знімку

У травні 2022 року команда телескопа Event Horizon Telescope (EHT) опублікувала перше в історії радіозображення центральної чорної діри M87. Це було приголомшливе відкриття, засноване на спостереженнях, зроблених за допомогою всесвітньої групи радіотелескопів. Нещодавно вони повторно опублікували нове, чіткіше зображення «кільця світла» чорної діри.

Тепер команда астрономів з Європи, Кореї та Китаю пішла ще далі. Цього тижня вони опублікували ще одне дивовижне зображення цього монстра, цього разу в дещо іншому діапазоні радіовипромінювань. Це чітко показує зв’язок між надмасивною чорною дірою, її світловим кільцем і знаменитим високошвидкісним струменем.

Це останнє зображення було зроблено за допомогою широкого спектру радіотелескопів. Вони включали Глобальний мм дуже великий базовий масив (GMVA), Атакамський великий міліметровий масив (ALMA) і Гренландський телескоп (GLT). Їхні спільні спостереження показали дуже дрібні деталі в області навколо галактичного ядра. Це перший раз, коли всі три основні частини об’єкта зображені на одному зображенні.

Спостереження, зроблені у 2018 році, показують регіон у радіосвітлі, випромінюваному з довшою довжиною хвилі, ніж зображення EHT. Це 3,5 мм замість 1,3 мм. «На цій довжині хвилі ми можемо побачити, як струмінь виходить із кільця випромінювання навколо центральної надмасивної чорної діри», — говорить Томас Кріхбаум з Інституту радіоастрономії Макса Планка. Матеріал, що витікає з M87, є астрофізичним струменем. Він містить перегріту (іонізовану) речовину, що витікає з високою швидкістю вздовж осі обертання.

Щоб зрозуміти структури на останньому зображенні, нам потрібно знати про них більше. Ми знаємо, що надмасивні чорні діри в ядрах галактик є надзвичайно потужними гравітаційними колодязями. Ніщо не може втекти, тому що вони практично засмоктують усе, що є поруч. Формування цих монстрів досі недостатньо вивчено. Але ми можемо спостерігати, що вони роблять зі своїми сусідами.

У випадку M87 є акреційний диск, який спрямовує матеріал у чорну діру. З іншого боку, струмінь допомагає деяким матеріалам вийти. Розуміння того, як може бути створений такий величезний струмінь, є давньою проблемою астрономії. Ймовірно, він утворюється в результаті певної діяльності всередині навколишнього акреційного диска.

Ймовірно, формування струменя також включає заплутані магнітні поля. Однак астрономам досі невідомі всі деталі. «Ми знаємо, що струмені викидаються з регіону, що оточує чорні діри, — сказав Ру-Сен Лу з Шанхайської астрономічної обсерваторії в Китаї, — але ми все ще не повністю розуміємо, як це насправді відбувається. Щоб вивчити це безпосередньо, нам потрібно спостерігати походження струменя якомога ближче до чорної діри».

На новому зображенні також видно, як основа джета з’єднується з диском матерії, що закручується в чорну діру. Попередні спостереження показали окремі види цього диска та струменя. Отже, це перший раз, коли обидві функції спостерігаються разом. «Це нове зображення доповнює картину, показуючи область навколо чорної діри та струменя одночасно», — сказав член команди Дже-Янг Кім з Національного університету Кюнгпук у Південній Кореї та Інституту радіоастрономії Макса Планка в Німеччині.