В глубоком космосе астрономы обнаружили «глаз Саурона»

Взгляд в горловину активной галактики открыл кольцеобразные магнитные поля. Среда, которая действует как пружина и может ускорять частицы до высоких энергий, может объяснить излучение блазарами нейтрино и высокоэнергетические гамма-лучи.

Об открытии рассказывают в Обществе им. Макса Планка, передают OstanniPodii.com.

Блазар — это тип активного ядра галактики, у которой один из джетов (струй плазмы, подпитываемых сверхмассивной черной дырой) направлен в сторону Земли с небольшим отклонением.

Один из них, расположенный за миллиарды световых лет от нас, с названием PKS 1424+240, долгое время озадачивал астрономов. Он выделялся на небе как самый яркий из известных блазаров, излучающих нейтрино, — как идентифицировала обсерватория нейтрино IceCube — и также светился очень высокоэнергетическими гамма-лучами, которые наблюдали наземные черенковские телескопы. Однако, удивительно, его радиоджет как казалось движется медленно. Это противоречило ожиданиям, что только самые быстрые джеты могут обеспечивать такое интенсивное излучение высокой энергии.

Сейчас, благодаря 15 годам сверхточных радио наблюдений с помощью Антенного массива очень большой базы (VLBA), исследователи смогли составить глубокое изображение этого джета с беспрецедентной разрешающей способностью.

«Когда мы воссоздали изображение, оно выглядело совершенно потрясающе», — сказал Юрий Ковалев из Института радиоастрономии имени Макса Планка (MPIfR), главный автор исследования, опубликованного в журнале «Astronomy & Astrophysics».

Он добавил: «Мы никогда не видели ничего подобного — почти идеального тороидального магнитного поля с джетом, направленным прямо на нас».

Поскольку джет направлен почти точно в сторону Земли, его высокоэнергетическое излучение значительно усиливается эффектами специальной теории относительности. «Такое выравнивание приводит к увеличению яркости в 30 и более раз», — объясняет Джек Ливингстон, соавтор исследования из MPIfR. «В то же время джет кажется медленным из-за эффектов проекции — классической оптической иллюзии».

Эта фронтальная геометрия позволила ученым заглянуть непосредственно в сердце джета блазара, что является чрезвычайно редкой возможностью. Поляризованные радиосигналы помогли команде составить карту структуры магнитного поля джета, обнаружив его вероятную спиральную или тороидальную форму. Эта структура играет ключевую роль в запуске и коллимации потока плазмы и может быть важна для ускорения частиц до экстремальных энергий.

«Разгадка этой загадки подтверждает, что активные ядра галактик с сверхмассивными черными дырами являются не только мощными ускорителями электронов, но и протонов — источником наблюдаемых высокоэнергетических нейтрино», — подытожил Ковалев.

«Глаз Саурона» — удивительное изображение плазменного джета в блазаре PKS 1424+240. Джет пронизан почти идеальным тороидальным магнитным полем (изображенным оранжевым цветом). Благодаря специальной теории относительности высокоэнергетические гамма-лучи и нейтрино сильно направлены в сторону Земли, даже если с нашей точки зрения джет кажется медленным. © Y.Y. Kovalev et al.

Это открытие является триумфом программы MOJAVE, которая на протяжении десятилетий занимается мониторингом релятивистских джетов в активных галактиках с помощью VLBA. Ученые используют технику интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI), которая соединяет радиотелескопы по всему миру, образуя виртуальный телескоп размером с Землю. Это обеспечивает самое высокое разрешение, доступное в астрономии, что позволяет им изучать мелкие детали удаленных космических струй.

«Когда мы начали MOJAVE, идея однажды напрямую связать удаленные джеты черных дыр с космическими нейтрино казалась научной фантастикой. Сегодня наши наблюдения делают это реальностью», — говорит Антон Зенсус, директор MPIfR и соучредитель программы.

Исследователи отмечают, что этот результат укрепляет связь между релятивистскими струями, высокоэнергетическими нейтрино и ролью магнитных полей в формировании космических ускорителей, что является важной вехой в многоканальной астрономии.

Справочная информация

Блазар — это тип активного галактического ядра, в котором сверхмассивная черная дыра выпускает две струи плазмы (джеты), движущиеся почти со скоростью света, и одна из них направлена в сторону Земли под углом около 10 градусов. Такое расположение делает блазары яркими во всем электромагнитном спектре и позволяет ученым изучать экстремальные физические процессы, в частности ускорение частиц до энергий, значительно превышающих те, которых достигают в искусственных ускорителях.

VLBA (Антенный массив очень большой базы) — это массив из десяти антенн, расположенных на территории континентальной части США, Гавайев и Сент-Круа, который работает в режиме интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI). Расстояние между антеннами варьируется до примерно десяти тысяч километров, обеспечивая угловую разрешающую способность на небе до 50 угловых микросекунд.

MOJAVE (Мониторинг джетов в активных галактических ядрах с помощью экспериментов на VLBA) — это долгосрочная программа мониторинга радиояркости и изменений поляризации в джетах, связанных с активными галактиками, видимыми на северном небе. Наблюдения проводятся с помощью VLBA, что позволяет получать полные поляризационные изображения с угловой разрешающей способностью лучше 1 угловой миллисекунды (видимое расстояние между фарами вашего автомобиля, как его видит астронавт на Луне). Исследователи используют эти данные, чтобы лучше понять сложную эволюцию и структуру магнитного поля джетов в масштабах световых лет, вблизи места их возникновения в активном ядре, а также то, как эта активность коррелирует с излучением высокоэнергетических электромагнитных волн и нейтрино.

MuSES, что расшифровывается как «Многоканальные исследования энергетических источников», является пионерской инициативой в астрофизике. Она посвящена изучению активных ядер галактик, которые являются одними из самых мощных ускорителей частиц, известных в космосе. Эти небесные тела используют гравитационную энергию вещества, накапливаемого сверхмассивными черными дырами, и преобразуют ее в электромагнитную и кинетическую энергию, что приводит к образованию высокорелятивистских электронов и протонов. Ускорение протонов и их связь с выработкой нейтрино до сих пор недостаточно изучены, что представляет серьезный вызов для исследователей. MuSES ставит своей целью решить эти фундаментальные вопросы, используя последние достижения в многоканальной астрономии.