На расстоянии около 12 миллионов световых лет от Земли сверхмассивная чёрная дыра в галактике Центавр A выбрасывает два гигантских потока плазмы - джета - со скоростью, близкой к скорости света. Эти джеты ярче по краям, чем в центре. Долгое время причина оставалась неясной, но объяснение предложила команда с кафедры астрономии Вюрцбургского университета. Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Центавр A - ближайшая к нам активная галактика, а её чёрная дыра примерно в 60 миллионов раз массивнее Солнца. Благодаря близости астрофизики могут разглядывать джеты в исключительных подробностях, так что галактика служит уникальной лабораторией для изучения экстремальных условий во Вселенной.

По идее, джет должен быть ярче всего в центре. Однако наблюдения с помощью Телескопа горизонта событий (EHT) показывают обратное: у Центавра A светятся в основном края. Это явление занимало исследователей десятилетиями.

Вюрцбургская команда нашла объяснение в поведении плазмы - ионизированного газа, из которого состоят джеты. В крайне сильных магнитных полях джета быстрые электроны движутся вдоль силовых линий. Из-за этого меняется характер их излучения: яркость зависит от ориентации магнитного поля. Поскольку магнитное поле в джете имеет сложную структуру, возникают яркие края и сравнительно тёмное ядро - в точности та картина, которую фиксирует EHT.

"Cen A - наше ближайшее окно в физику релятивистских джетов, - говорит Феликс Глазер, магистрант кафедры астрономии и первый автор исследования. - То, что наша модель, учитывающая плазму, воспроизводит наблюдаемое посветление краёв, говорит о том, что мы ухватили важный кусок лежащей в основе физики. Эти процессы могут быть не уникальны для Cen A, а встречаться в релятивистских джетах по всей Вселенной".

Особенно интересно, что моделирование связывает процессы на крошечном масштабе частиц со структурами, простирающимися на несколько световых дней. Оно не только воспроизводит яркую структуру краёв, но и исключительно хорошо согласуется со снимками EHT, сделанными на длине волны 1,3 миллиметра.

"Поразительно, что микроскопические эффекты плазмы способны формировать структуры на огромных масштабах, - отмечает доктор Кристиан Фромм, руководитель группы вычислительной астрофизики. - Будущие наблюдения откроют ещё больше таких плазменных признаков, и потому уже сегодня всё важнее включать реалистичную физику плазмы в наши модели".

Исследование помогает понять, как чёрные дыры разгоняют частицы до колоссальных энергий и какое излучение при этом возникает. Это также пример работы исследовательской группы DFG "Релятивистские джеты в активных галактиках" (FOR 5195), объединяющей наблюдения, моделирование и физику плазмы.

Изучение джетов чёрных дыр вступает в новую эру. Новые миллиметровые телескопы, включая планируемый Веттерштайнский миллиметровый телескоп на Цугшпитце, сделают наблюдения заметно чётче. Крупные проекты вроде Very Large Array следующего поколения и Square Kilometre Array также обещают в будущем ещё более детальные данные.

"Чёрная дыра и термоядерный реактор могут звучать как совершенно разные миры, но и там, и там правит физика плазмы, - говорит профессор Карл Маннхайм, заведующий кафедрой астрономии Вюрцбургского университета. - В Центавре A мы можем изучать плазму в условиях, которые невозможно создать на Земле".

Источник: Phys.org