Сверхгигантская эллиптическая галактика M87 находится в центральной части скопления Дева – это то же скопление галактик, к которому относимся и мы вместе с нашей Галактикой. Расстояние от нас до M87 невелико – всего около 54 млн световых лет.
В оптическом диапазоне она производит впечатления чего-то огромного, но простого. Это одна из самых ярких и самая массивная галактика в локальной Вселенной. Она содержит около триллиона звёзд, то есть по меньшей мере в 5 раз больше чем в нашей Галактике.
Как все эллиптические галактики, она имеет форму эллипсоида размером в полтора раза больше Галактики. Её межзвёздное пространство заполнено горячим газом, содержащим очень мало пыли. В ней нет красивых спиральных рукавов, где концентрируются молодые звёзд и светящийся газ, нет живописных газо-пылевых структур – всего того, что привлекает нас, когда мы видим спиральные галактики. Галактика M87 показана на рис. 1.
Куда более живописна она в рентгеновском диапазоне. Рентгеновский телескоп Chandra обнаружил в ней следы давних гигантских взрывов в виде петель и колец.
Кроме этого, у неё в центре есть сверхмассивная чёрная дыра с массой 6 миллиардов масс Солнца. Это одна из самых крупных чёрных дыр во Вселенной. Всем этим галактика M87 и привлекает к себе интерес очень многих людей, и не только профессионалов.
Сверхмассивные чёрные дыры поглощают огромное количество вещества – как правило в газовой форме, -- и примерно 10% его массы превращают в излучение. Именно это излучение мы видим как проявление чёрной дыры.
Обычно поглощаемый газ концентрируется в дисках, вращающихся с большой скоростью вокруг чёрной дыры. При приближении к “поверхности” чёрной дыры какая-то часть поглощённой массы вместе с пронизывающим его магнитным полем превращается в высокоскоростной джет.
Это перпендикулярное диску струйное течение по обе стороны от диска, распространяющееся от чёрной дыры со скоростью, почти равной скорости света. Такие течения называют релятивистскими.
У чёрной дыры в галактике M87 есть очень мощный, хорошо видный в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах джет длиной около 6 тысяч световых лет. Его радиоизображение показано на титульном рисунке.
Но вот какие загадочные события, непосредственно связанные с этим джетом, происходят в галактике M87.
Группа астрофизиков собралась изучить свойства так называемых “новых” в M87. “Новые” это звёзды, которые время от времени многократно – до 100 тысяч раз, – увеличивают свою светимость. Длительность вспышек может варьироваться от ста дней до нескольких лет.
При этом в отдельной вспышке может выделяться энергия, равная энергии, высвечиваемой Солнцем от 10 тысяч до миллиона лет. Интервал времени между вспышками может варьироваться в зависимости от типа вспышки от десятков до тысяч лет. Некоторые теоретики допускают даже, что он может достигать и миллиона лет. Именно с ними и связана история.
“Новые” возникают в тесных двойных системах, состоящих из звезды белого карлика и обычной звезды–компаньона. Часто компаньоном бывает звезда красный гигант. Тесными они называются потому, что, обращаясь один вокруг другого, они могут обмениваться массой. Схема показана на рис. 2.
Белый карлик это компактная плотная звезда с массой, примерно равной массе Солнца, а радиусом, примерно равным радиусу Земли. Плотность вещества белого карлика может быть от 10 до 1000 тонн в одном кубическом сантиметре.
Вблизи него гравитация очень сильная – на его поверхности она превосходит гравитацию на Земле в 100 тысяч раз. Поэтому обмен массой происходит в одну сторону – белый карлик “обдирает” атмосферу красного гиганта.
“Содранное” вещество падает на поверхность белого карлика с большой скоростью – около 1000 км/c. Вследствие этого оно сильно сжимается и нагревается до высоких температур в несколько десятков миллионов градусов.
В результате, в накопившемся веществе на поверхности белого карлика загораются термоядерные реакции и происходит взрыв. При этом высвобождается большая энергия в виде излучения. Именно оно и наблюдается как вспышка “новой”.
Возвратимся к событиям в галактике M87. Вспышки “новых” тесно связаны с эволюцией звёздных населений, Поскольку эволюция спиральных галактик отличается от эволюции эллиптических, исследователи поставили своей задачей выявить эти различия между “новыми” в нашей Галактике и галактике M87.
Наша Галактика это типичная спиральная, галактика M87 – типичная эллиптическая галактика.
Для исследования были использованы данные о 135 классических “новых” в M87, полученных в обзоре, выполненном участниками проекта на телескопе им. Хаббла.
При этом задача ставилась просто: существуют ли между “новыми”, расположенными в разных областях M87 принципиальные различия. Например, в нашей Галактики характеристики “новых” в тонком диске отличаются от “новых” в центральной части Галактики. Есть ли что-то подобное в M87?
Для начала они разбили видимое изображение галактики M87 на 10 равных по углу секторов. Один из секторов содержал джет.
Подсчёт показал удивительный результат. Из 135 “новых”, собранных обзором Хаббла, 25 оказались в секторе с джетом. Остальные были расположены примерно равномерно по другим секторам. Вероятность того, что избыток “новых” в секторе с джетом, есть просто случайность, почти пренебрежима – всего 0.003. Иными словами, “новые” почему-то предпочитают локализоваться вдоль джета.
Специалисты в растерянности. Дело в том, что джет очень разрежен – плотность газа в нём существенно меньше, чем плотность в околозвёздном пространстве вокруг тесных двойных. Поэтому они никак не могут стимулировать вспышки “новых” за счёт добавления вещества на поверхность белого карлика.
Возможно, какие-то процессы в самом джете имитируют вспышки “новых”, предполагают одни. Но как же джет концентрирует энергию, сравнимую с энергией вспышки новой, задают вопрос другие.
Определённого ответа пока никто не может дать. Кажется, что сейчас никто не может высказать сколь-нибудь разумной гипотезы. Возможно, вспышки “новых” вдоль джета в M87 таят в себе что-то ранее неизвестное.
