С помощью европейского радиотелескопа LOFAR (Low Frequency Array) международная группа учёных обнаружила самую большую пару релятивистских джетов, наблюдавшихся до сих пор. Это две гигантские струи газа и частиц, испускаемые очень далекой сверхмассивной черной дырой, простирающейся на расстояние не менее 23 миллионов световых лет. Для сравнения, это эквивалентно примерно 140-кратному диаметру нашей Галактики, Млечного Пути.
Эта мегаструктура получила прозвище Порфирион — имя гиганта из греческой мифологии, а энергия, которая питает ее, примерно эквивалентна энергии триллиона Солнц. По данным нескольких телескопов, исследователи предположили, что она относится к тому времени, когда возраст Вселенной составлял 6,3 миллиарда лет.
Релятивистских струй гораздо больше, чем ожидалось
Релятивистские струи — это потоки заряженных частиц, таких как электроны и протоны, которые выбрасываются со скоростью, близкой к скорости света, чрезвычайно энергичными объектами, такими как сверхмассивные черные дыры в центре галактик.
Насколько нам известно, эти струи образуются, когда вещество засасывается в сторону черной дыры, создавая аккреционный диск, который под действием сильных магнитных полей выбрасывает часть вещества в космос вдоль оси вращения объекта. Благодаря чрезвычайно высокой скорости и сильной энергии этих струй они видны даже на больших расстояниях, часто пересекают целые галактики и влияют на их звездообразование и эволюцию.
До Порфириона крупнейшей струйной системой, когда-либо наблюдавшейся, была Альционея, удаленная на 3 миллиарда световых лет, обнаруженная в 2022 году и простирающаяся на 16 миллионов световых лет, что примерно в 100 раз больше диаметра Млечного Пути.
Составное радио- и инфракрасное изображение Альционума, структуры струй, простирающейся по меньшей мере на 16 миллионов световых лет.
Однако недавние наблюдения с помощью телескопа LOFAR позволили обнаружить более десяти тысяч едва заметных джетовых структур. Хотя до получения результатов с радиотелескопа уже были известны сотни таких систем, они считались редкими и гораздо меньшими по размеру.
Порфирион: рекордная пара джетов
После наблюдения с помощью LOFAR ученые определили местонахождение галактики, из которой прибыл Порфирион, используя Гигантский метроволновый радиотелескоп (GMRT) в Индии и данные спектроскопического прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Это галактика в десять раз массивнее Млечного Пути.
С помощью обсерватории Кека на Гавайях исследователи определили, что она находится в 7,5 миллиардах световых лет от Земли. И обнаружили, что ее питает сверхмассивная черная дыра, которая находится в фазе, называемой «радиационный режим», а не «реактивный режим». В этом состоянии черная дыра излучает энергию в основном в виде электромагнитного излучения, а не производит мощные струи частиц, характерные для других активных черных дыр.
Однако, несмотря на то, что черная дыра, связанная с Порфирионом, находится в излучающем режиме, ей все же удается генерировать особенно мощные струи, и это открытие удивило исследователей. До этого момента считалось, что такие сильные джеты могут производиться только черными дырами в струйном режиме. Этот результат открывает новые возможности, предполагая, что в ранней Вселенной, где излучающие черные дыры были более распространены, могло существовать гораздо больше примеров мощных джетов, которые еще не были обнаружены.
Изображение, полученное радиотелескопом LOFAR, показывает самую обширную из известных на сегодняшний день пару джетов черных дыр, получившую название Порфирион и простирающуюся на 23 миллиона световых лет. Галактика, из которой они исходят, удаленная от нас на 7,5 миллиарда световых лет, является самым маленьким объектом в центре.
Остается много сомнений
Способность релятивистских струй выходить далеко за пределы галактик-хозяев, не теряя при этом стабильности, остается загадкой. Одно из правдоподобных объяснений заключается в том, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики переживает особенно долгую и стабильную фазу аккреции, позволяющую ей оставаться активной в течение миллиарда лет. Это позволит джетам сохранять свое направление достаточно долго, чтобы распространяться на большие расстояния.
В последние годы низкочастотные наблюдения привели к значительному прогрессу в понимании физики сверхмассивных черных дыр и их влияния на галактики. Благодаря более совершенным технологиям стало возможным точно обрабатывать эти сложные данные, что позволило обнаружить новые явления, связанные с этими космическими гигантами.
Теперь исследователи намерены более детально изучить, как эти джеты влияют на окружающую среду, распространяя космические лучи, тепло и такие материалы, как тяжелые атомы и магнитные поля в межгалактическом пространстве. Понимание механизмов, лежащих в основе распространения этих магнитных полей, будет иметь решающее значение для выяснения их роли в крупномасштабной космической структуре. А также их возможного влияния на такие важные явления, как формирование благоприятных для жизни условий, подобных тем, что существуют на Земле.
С аннотацией исследования, опубликованной в журнале Nature, можно ознакомиться здесь.
