В мае 2022 года команда Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала первое в истории радиоизображение центра черной дыры M87. Это было ошеломляющее открытие, основанное на наблюдениях, сделанных с помощью множества радиотелескопов по всему миру. Недавно они повторно выпустили новое, более четкое изображение «светового кольца» черной дыры. Теперь команда астрономов из Европы, Кореи и Китая пошла еще дальше. На этой неделе они выпустили еще один удивительный вид этого монстра, на этот раз в несколько ином диапазоне радиоизлучения. На нем четко видна связь между сверхмассивной черной дырой, ее световым кольцом и знаменитым высокоскоростным джетом.
Это последнее изображение было сделано с использованием большого количества радиотелескопов. В их число входили Глобальная миллиметровая очень большая базовая решетка (GMVA), Большая миллиметровая решетка Атакамы (ALMA) и Гренландский телескоп (GLT). Их совместные наблюдения показали очень мелкие детали в районе галактического ядра. Впервые все три основные части объекта находятся на одном изображении. Наблюдения, проведенные в 2018 году, показывают область в радиосвете, излучаемом с большей длиной волны, чем изображение EHT. Он составляет 3,5 мм вместо 1,3 мм. «На этой длине волны мы можем видеть, как струя выходит из эмиссионного кольца вокруг центральной сверхмассивной черной дыры», — говорит Томас Кричбаум из Института радиоастрономии Макса Планка. Материал, вылетающий из M87, представляет собой астрофизическую струю. Он содержит перегретое (ионизированное) вещество, вытекающее с большой скоростью вдоль оси вращения.
Чтобы понять структуры на последнем изображении, нам нужно узнать о них больше. Мы знаем, что сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик являются чрезвычайно сильными гравитационными колодцами. Ничто не может ускользнуть, потому что они в значительной степени всасывают все в округе. Формирование этих монстров до сих пор недостаточно изучено. Но мы можем наблюдать, что они делают со своими соседями. В случае с M87 аккреционный диск направляет материал в черную дыру. С другой стороны, струя помогает улетучиться некоторым материалам. Понимание того, как может быть создан такой огромный джет, является давней проблемой в астрономии. Вероятно, он образовался в результате какой-то активности внутри окружающего аккреционного диска.
Формирование струи, вероятно, также связано с запутанными магнитными полями. Однако астрономам до сих пор неясны все детали. «Мы знаем, что струи выбрасываются из области, окружающей черные дыры, — сказал Ру-Сен Лу из Шанхайской астрономической обсерватории в Китае, — но мы до сих пор не до конца понимаем, как это происходит на самом деле. Чтобы изучить это напрямую, нам нужно наблюдать за происхождение джета как можно ближе к черной дыре». Новое изображение также показывает, как основание струи соединяется с диском материи, вращающейся в черной дыре. Предыдущие наблюдения показали отдельные изображения этого диска и струи. Таким образом, это первый раз, когда обе функции наблюдались вместе. «Это новое изображение дополняет картину, показывая область вокруг черной дыры и джета одновременно», — сказал член команды Дже-Янг Ким из Национального университета Кёнпук в Южной Корее и Института радиоастрономии Макса Планка в Германии.
Кольцо света, окружающее сверхмассивную черную дыру M87, — еще одна захватывающая часть исследования. На самом деле это что-то вроде оптической иллюзии. Когда материя движется по орбите, она нагревается за счет трения с другой материей и взаимодействия с магнитными полями. Это заставляет его излучать свет. Сильный гравитационный эффект черной дыры искривляет и захватывает часть света. Это создает то, что выглядит как кольцо. Мы можем видеть это на EHT-изображении черной дыры M87. Новые наблюдения кольца были сделаны в 2018 году и в настоящее время публикуются вместе с статьей, в которой обсуждается наука. Размер кольца, наблюдаемого сетью GMVA, примерно на 50% больше по сравнению с изображением EHT. «Чтобы понять физическое происхождение более крупного и толстого кольца, нам пришлось использовать компьютерное моделирование для проверки различных сценариев», — объяснил Кейичи Асада из Академии Синики на Тайване. Результаты показывают, что новое изображение показывает больше материала, падающего на черную дыру, чем то, что можно было бы наблюдать с помощью EHT.
Это новое наблюдение джета и черной дыры является первым изображением системы следующего поколения. Будущие исследования будут продолжены с объединенными сетями радиотелескопов. Они продолжат исследовать связь между черными дырами и их струями. «Мы планируем наблюдать область вокруг черной дыры в центре M87 на разных радиоволнах для дальнейшего изучения излучения джета», — отметил Эдуардо Рос из Института радиоастрономии Макса Планка. Одновременные наблюдения с использованием этого массива и EHT позволили бы команде разобраться во всех сложных действиях, происходящих вблизи сверхмассивной черной дыры. Их заинтересует не только сам джет, но и физика и активность аккреционного диска, с которого стартует джет. «Ближайшие годы будут захватывающими, так как мы сможем узнать больше о том, что происходит рядом с одним из самых загадочных регионов во Вселенной», — сказал Рос.
