Художественное представление квазара SDSS J135246.37 + 423923.5. Фото: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
Форма струй, выходящих из квазаров, изменяется от параболической к конической на определенном расстоянии от их черных дыр, и этот эффект напоминает культовые расклешенные джинсы 70-х годов.
Эффективно измеряя эти «космические штаны», исследователи стремятся интерпретировать работу центрального двигателя, который ускоряет материю почти со скоростью света в центрах удаленных активных галактик. Исследование, которое охватило более 300 квазаров, было опубликовано в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной, несмотря на то, что они находятся на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Иногда их называют маяками, которые помогают нам ориентироваться, причем не только в сложной структуре Вселенной, но и на нашей собственной планете. Поскольку они настолько отдалены, квазары могут использоваться в качестве стабильных опорных точек на небе для измерения вращения Земли и координат объектов на поверхности планеты. Этот принцип лежит в основе GPS, ГЛОНАСС и других систем позиционирования.
Это иллюстрация квазара подобного APM 08279+5255, в котором было найдено огромное количество водяного пара. Скорее всего, газ и пыль формируют выступ вокруг центральной части
Квазар настолько яркий, что его видно с большого расстояния. В центре вращается сверхмассивная черная дыра, которая весит в несколько миллиардов раз больше, чем наше Солнце. Материя вокруг черной дыры падает на нее, неся магнитное поле. Полевые линии похожи на кабели с заряженными частицами, висящими на них, как шарики. При вращении линий магнитного поля плазма ускоряется почти со скоростью света. Результирующие потоки называются струями, и именно из-за них квазары являются такими ослепительными объектами.
Астрономы ранее думали, что почти все струи имеют узкую коническую форму, расширяясь в боковом направлении после выхода из области черной дыры.
После наблюдения сотен квазаров в течение двух десятилетий через сеть радиотелескопов, распространенных по всему миру, авторы нового исследования подвергли сомнению это предположение. Они создали изображения более 300 квазарных струй, которые контролировались программой MOJAVE, и провели автоматический анализ их форм.
Иллюстрация квазара и черной дыры, похожей на APM 08279+5255, где было замечено много водяного пара. Скорее всего, пыль и газ формируют тор вокруг черной дыры.
В результате команда обнаружила 10 квазаров с параболическими «форсунками», которые превратились в конусы. Это преобразование можно различить из-за относительной близости квазаров: каждый из 10 оказался «всего» в миллионах световых лет от нас.
«Механизм образования и ускорения струй в удаленных активных галактиках до сих пор не до конца понят, но очень важно, чтобы мы выяснили, как работают эти космические ускорители», - сказал профессор Юрий Ковалев из Физико-технического института Москвы (МФТИ) и Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук. «Регион, из которого происходят джеты, трудно различить. Он очень компактен, а расстояние до этих объектов настолько велико, что все запутано. Поэтому, хотя было доступно несколько теоретических моделей, не было данных наблюдений, чтобы доказать их. Наше исследование является первым, в котором сообщается о детальной геометрии струи, основанной на наблюдениях большого числа квазаров», - добавила астрофизик, ставший автором исследования.
Геометрия струи является результатом сложного взаимодействия между внутренними и внешними силами, магнитным полем, плазмой и межзвездным газом. Астрофизики нашли элегантный способ объяснить эти факторы. Центральный двигатель, состоящий из вращающейся черной дыры и магнитного поля, обеспечивает ограниченный источник питания и не может бесконечно толкать частицы на постоянно увеличивающихся скоростях, подобно ракетному двигателю. Ранее было известно, что плазма легко ускоряется только до определенного момента. После этого ускорение настолько медленное, что фактически останавливается. Именно в этот момент «штаны» расширяются.
Квазар 3C 273 в созвездии Девы
«Предыдущие исследования указывали на изменение формы квазарной струи, наблюдаемой в некоторых галактиках. Однако они не пришли к выводу, что это было свойство всех квазаров, а не отдельных рассматриваемых объектов», - говорит д-р Елена Нохрина из МФТИ.
Теперь у ученых появился новый способ оценки скорости вращения черной дыры и понимания механизма формирования невероятно сфокусированных и быстрых плазменных струй в квазарах, которые настолько ярки, что их можно увидеть с миллиардов световых лет.