Гигантский телескоп – в 8 раз больше Земли – открывает беспрецедентный вид колоссального космического джета

 Телескоп размером больше Земли обнаружил во Вселенной плазменный канат.

Астрономы получили беспрецедентные изображения плазменной струи из сверхмассивной черной дыры в блазаре 3C 279, обнаружив сложные закономерности, которые бросают вызов существующим теориям. В ходе международных усилий с использованием передовых сетей радиотелескопов были обнаружены спиральные нити вблизи источника джета, что указывает на потенциальную роль магнитных полей в формировании таких джетов. (Фото: scitechdaily.com)

Используя сеть радиотелескопов на Земле и в космосе, астрономы получили самый подробный вид струи плазмы, вырывающейся из сверхмассивной черной дыры в центре далекой галактики.

Джет, исходящий из сердца далекого блазара под названием 3C 279, движется почти со скоростью света и демонстрирует сложные, извилистые узоры вблизи своего источника. Эти закономерности бросают вызов стандартной теории, которая использовалась в течение 40 лет для объяснения того, как эти струи формируются и изменяются с течением времени.

Большой вклад в наблюдения внес Институт радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, где данные всех участвующих телескопов были объединены для создания виртуального телескопа с эффективным диаметром около 100 000 километров.

Рисунок 1: Запутанные волокна в блазаре 3C 279. Изображение релятивистской струи в этом источнике с высоким разрешением, наблюдаемое программой «РадиоАстрон». На изображении видна сложная структура внутри струи с несколькими нитями размером в парсек, образующими спиральную форму. Массив включает в себя данные радиотелескопов по всему миру и на околоземной орбите, в том числе 100-метрового радиотелескопа Эффельсберг. Постобработка данных проводилась в корреляторном центре Института радиоастрономии Макса Планка. (Фото: scitechdaily.com)

Информация о Blazars

Блазары — самые яркие и мощные источники электромагнитного излучения в космосе. Они представляют собой подкласс активных галактических ядер, включающий галактики с центральной сверхмассивной черной дырой , аккрецирующей вещество из окружающего диска. Около 10% активных галактических ядер, классифицируемых как квазары , производят релятивистские плазменные струи. Базары принадлежат к небольшой части квазаров, у которых мы можем видеть эти струи, направленные почти прямо на наблюдателя.

Недавно группа исследователей, в том числе ученые из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, Германия, получила изображения самой внутренней области джета блазара 3C 279 с беспрецедентным угловым разрешением и обнаружила удивительно правильные спиральные волокна, которые могут требуют пересмотра теоретических моделей, используемых до сих пор для объяснения процессов образования джетов в активных галактиках.

«Благодаря «РадиоАстрону», космической миссии, в рамках которой орбитальный радиотелескоп достиг расстояний вплоть до Луны, и сети из двадцати трех радиотелескопов, распределенных по всей Земле, мы получили изображение внутренней части планеты с самым высоким разрешением. Блазар на сегодняшний день позволяет нам впервые наблюдать внутреннюю структуру джета так подробно», — говорит Антонио Фуэнтес, исследователь Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC) в Гранаде, Испания, возглавляющий работу.

Теоретические последствия и проблемы

Новое окно во Вселенную, открытое миссией «РадиоАстрон», раскрыло новые детали плазменной струи 3C 279, блазара со сверхмассивной черной дырой в ядре. Джет имеет как минимум две скрученные нити плазмы, простирающиеся на расстояние более 570 световых лет от центра.

«Мы впервые видим такие нити так близко к зарождению джета, и они рассказывают нам больше о том, как черная дыра формирует плазму. Внутреннюю струю также наблюдали два других телескопа, GMVA и EHT, на гораздо более коротких длинах волн (3,5 мм и 1,3 мм), но они не смогли обнаружить нитевидные формы, поскольку они были слишком слабыми и слишком большими для этого разрешения. — говорит Эдуардо Рос, член исследовательской группы и европейский планировщик GMVA. «Это показывает, как разные телескопы могут выявить разные особенности одного и того же объекта», — добавляет он.

Рисунок 2: РСДБ-наблюдения «РадиоАстрон» обеспечивают виртуальный телескоп, диаметр которого в восемь раз превышает диаметр Земли (максимальная базовая линия 350 000 км). (Фото: scitechdaily.com)

Струи плазмы, исходящие от блазаров, не совсем прямые и однородные. Они показывают неожиданные повороты, которые показывают, как на плазму влияют силы вокруг черной дыры. Астрономы, изучавшие эти завитки в 3C279, называемые спиральными нитями, обнаружили, что они вызваны нестабильностями, развивающимися в струйной плазме. В процессе они также поняли, что старая теория, которую они использовали для объяснения того, как струи менялись с течением времени, больше не работает. Следовательно, необходимы новые теоретические модели, которые смогут объяснить, как такие спиральные нити формируются и развиваются так близко к источнику струи. Это не только большой вызов, но и прекрасная возможность узнать больше об этих удивительных космических явлениях.

«Один особенно интригующий аспект наших результатов заключается в том, что они предполагают наличие спирального магнитного поля, ограничивающего струю», — говорит Гуан-Яо Чжао, в настоящее время связанный с MPIfR и член группы ученых. «Следовательно, именно магнитное поле, которое вращается по часовой стрелке вокруг струи в 3C 279, направляет и направляет плазму струи, движущуюся со скоростью, в 0,997 раз превышающей скорость света».

«Подобные спиральные нити наблюдались во внегалактических джетах и ​​раньше, но в гораздо больших масштабах, и считается, что они возникают в результате того, что разные части потока движутся с разными скоростями и сталкиваются друг с другом», — добавляет Андрей Лобанов, еще один ученый из группы исследователей MPIfR. . «Благодаря этому исследованию мы вступаем в совершенно новую область, в которой эти волокна могут быть фактически связаны с самыми сложными процессами в непосредственной близости от черной дыры, производящей струю».

Исследование внутренней струи в 3C279, о котором теперь говорится в последнем выпуске журнала Nature Astronomy, расширяет продолжающиеся усилия по лучшему пониманию роли магнитных полей в начальном формировании релятивистских потоков из активных галактических ядер. В нем подчеркиваются многочисленные остающиеся проблемы современного теоретического моделирования этих процессов и демонстрируется необходимость дальнейшего совершенствования радиоастрономических инструментов и методов, которые открывают уникальную возможность получения изображений далеких космических объектов с рекордным угловым разрешением.

Технологические достижения и сотрудничество

С помощью специальной методики под названием «Интерферометрия со сверхдлинной базой» (VLBI) путем объединения и корреляции данных разных радиообсерваторий создается виртуальный телескоп с эффективным диаметром, равным максимальному разносу между антеннами, участвующими в наблюдении. Ученый проекта «РадиоАстрон» Юрий Ковалев, сейчас работающий в МПиФР, подчеркивает важность здорового международного сотрудничества для достижения таких результатов: «Обсерватории из двенадцати стран были синхронизированы с космической антенной с помощью водородных часов, образуя виртуальный телескоп размером с расстояние до Земли. Луна."

Антон Зенсус, директор MPIfR и одна из движущих сил миссии «РадиоАстрон» на протяжении последних двух десятилетий, утверждает: «Эксперименты с РАДИОАСТРОНОМ, которые привели к получению подобных изображений квазара 3C279, являются исключительными достижениями, возможными благодаря международному научному сотрудничеству обсерваторий. и учёные многих стран. Перед запуском спутника миссия потребовала десятилетий совместного планирования. Создание реальных изображений стало возможным благодаря подключению больших наземных телескопов, таких как Эффельсберг, и тщательному анализу данных в нашем корреляционном центре VLBI в Бонне».

Ссылка: «Нитевидные структуры как источник радиопеременности блазарных джетов», Антонио Фуэнтес, Хосе Л. Гомес, Хосе М. Марти, Манель Перучо, Гуан-Яо Чжао, Рокко Лико, Андрей П. Лобанов, Габриэле Бруни, Юрий Ю. Ковалев, Эндрю Чел, Казунори Акияма, Кэтрин Л. Бауман, Хи Сун, Илье Чо, Эфталия Траяну, Тереза ​​Тоскано, Рохан Дахале, Марианна Фоски, Леонид И. Гурвиц, Светлана Йорстад, Дже-Ён Ким, Алан П. Маршер, Йоске Мизуно, Эдуардо Рос и Туомас Саволайнен, 26 октября 2023 г., Nature Astronomy.

DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7

Дальнейшая информация

Миссия «Интерферометр Земля-космос «РадиоАстрон», действовавшая с июля 2011 года по май 2019 года, состояла из 10-метрового орбитального радиотелескопа («Спектр-Р») и коллекции из около двух десятков крупнейших в мире наземных радиотелескопов, в том числе 100-метровый радиотелескоп Эффельсберг. Когда сигналы отдельных телескопов были объединены с помощью интерференции радиоволн, эта группа телескопов обеспечила максимальное угловое разрешение, эквивалентное диаметру радиотелескопа 350 000 км – почти расстоянию между Землей и Луной. Это сделало «РадиоАстрон» инструментом с самым высоким угловым разрешением в истории астрономии. Проект «РадиоАстрон» осуществляли Астрокосмический центр Физического института имени Лебедева РАН и НПО имени Лавочкина по контракту с Госкорпорацией «Роскосмос» в сотрудничестве с партнерскими организациями в России и других странах. Астрономические данные этой миссии анализируются отдельными учеными по всему миру и дают результаты, представленные здесь.

Следующие соавторы представленной работы являются членами MPIfR в порядке появления в списке авторов: Гуан-Яо Чжао, Андрей П. Лобанов, Юрий Ю. Ковалев, Эфталия (Талия) Траяну, Дже-Ён Ким, Эдуардо Рос, и Туомас Саволайнен. Сотрудники Рокко Лико и Габриэле Бруни также были членами MPIfR во время миссии RadioAstron.

Источник