Международная команда астрономов под руководством Камиля Пуатра, аспиранта Университета Лаваля (Канада), представила самое детальное в истории рентгеновское изображение струи плазмы (джета), вырывающейся из сверхмассивной черной дыры в галактике М87. Объединив архивные данные космической обсерватории «Чандра» за период с 2012 по 2025 год и применив передовые методы компьютерной обработки, ученые смогли детально отследить эволюцию этого экстремального космического объекта за последние 13 лет. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.
Очищенный рентген
Галактика М87 расположена примерно в 55 миллионах световых лет от Земли. В ее центре находится знаменитая сверхмассивная черная дыра, чье «фото» (тень горизонта событий) астрономы впервые в истории представили в 2019 году.
Вещество, падающее на этот объект, высвобождает колоссальную энергию, часть которой выбрасывается обратно в космос в виде гигантских плазменных потоков, тянущихся на тысячи световых лет.
До недавнего времени рентгеновские телескопы не могли выдать четкую картинку структуры джета из-за ограничений по разрешению — на снимках детали сливались в единое пятно. Авторы новой работы применили математический метод деконволюции (обратной фильтрации), что позволило «очистить» рентгеновские снимки «Чандры» и добиться беспрецедентной субсекундной детализации (менее 0,1 угловой секунды). Новая рентгеновская карта совпала с оптическими и инфракрасными снимками телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», что дало ученым возможность сопоставить данные и точно рассчитать динамику плазмы.
Быстрее скорости света?
Изучая эволюцию струи в динамике, ученые обнаружили, что поток плазмы неоднороден. Одни его участки остаются практически неподвижными, в то время как другие мчатся сквозь космос с экстремальным ускорением.
Скорость самого быстрого обнаруженного сгустка плазмы при расчетах оказалась почти в пять раз выше скорости света. Физики подчеркивают: реального нарушения законов Эйнштейна здесь нет. Это классический космический феномен, известный как сверхсветовое движение — оптическая иллюзия, возникающая, когда объект движется по направлению к Земле со скоростью, очень близкой к световой. Из-за этого земной наблюдатель видит изменения в реальном времени, несмотря на расстояние в десятки миллионов световых лет.
То есть огромные изменения в структуре джета (выброса) черной дыры происходят на наших глазах — за месяцы и годы человеческой жизни, хотя сам объект находится в 55 миллионах световых лет от нас.
Как получается иллюзия «сверхсветового движения»
Обычно далекий космос кажется нам статичным: звезды и галактики «застыли» на небе, потому что их масштабы огромны, а расстояния колоссальны. Но в случае с джетом M87 бурную динамику видно «в прямом эфире» благодаря комбинации двух факторов: экстремальной скорости и направлению движения.
Сгустки плазмы выбрасываются из черной дыры со скоростью, которая составляет, например, 98% или 99% от скорости света. Они мчатся сквозь космос невероятно быстро. Этот плазменный поток направлен не в сторону, а почти прямо на Землю (под небольшим углом к лучу нашего зрения).
Из-за того, что плазма летит почти со скоростью света вслед за тем излучением, которое она сама же и испускает, возникает сжатие времени для наблюдателя. Это выглядит примерно так:
- Сгусток плазмы испускает первый пучок фотонов (световой сигнал №1) в сторону Земли.
- Сгусток продолжает лететь в ту же сторону со скоростью, едва уступающей скорости света. За год он преодолевает огромное расстояние, почти «сидя на хвосте» у первого пучка света.
- Через год объект испускает второй пучок фотонов (световой сигнал №2).
Для нас, земных наблюдателей, сигнал №2 прилетает всего через несколько дней или недель после сигнала №1, а не через год. Нам кажется, что объект преодолел гигантское расстояние за считанные дни, из-за чего примитивный расчет «расстояние делить на время» выдает скорость, в 5 раз превышающую световую.
Из-за этой релятивистской иллюзии реальное время процессов внутри джета для нас «спрессовывается».
Открытие позволяет глубже понять механизмы физики экстремальных энергий. Наблюдения подтверждают компьютерные модели: структура джета формируется за счет мощных ударных волн (аналогичных звуковому удару при преодолении самолетом звукового барьера), возникающих при столкновении разных слоев высокоскоростного потока, а также за счет колоссального влияния окружающих черную дыру магнитных полей.
Астрофизики впервые измерили мощность струй черной дыры
Астрономы впервые зафиксировали два джета от разных черных дыр
Астрономы впервые проследили рождение джета у черной дыры
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX