Сверхскоростной джет знаменитой чёрной дыры

Используя рентгеновскую обсерваторию Чандра, астрономы увидели, что знаменитая гигантская чёрная дыра в галактике Мессье 87 выбрасывает частицы со скоростью, превышающей 99% от скорости света.

В апреле 2019 года при помощи Телескопа горизонта событий (EHT) было опубликовано первое изображение чёрной дыры - массивного тёмного объекта в центре галактики Мессье 87 (M87).
Эта чёрная дыра имеет массу, примерно в 6,5 миллиардов превышающую массу Солнца, и расположена на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли.
Чёрная дыра была названа астрономами М87*, а недавно ей было присвоено гавайское название Powehi (Пауэхи).

В течение многих лет астрономы наблюдали излучение высокоэнергетических частиц от струи, подпитываемой чёрной дырой и вырывающейся из центра M87.
Они изучили эту струю (джет) в радио-, оптическом и рентгеновском диапазонах, в том числе с помощью телескопа Чандра.
И теперь при анализе наблюдений от Чандра, исследователи увидели, что частицы джета движутся почти со скоростью света.

"Это первый случай, когда такие экстремальные скорости джета чёрной дыры были зарегистрированы с помощью рентгеновских данных, - говорит Ральф Крафт из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института (CfA) в Кембридже, который представил результаты исследования на заседании Американского астрономического общества в Гонолулу, Гавайи. - Чтобы произвести эти измерения, нам было необходимо чёткое рентгеновское "зрение" телескопа Чандра".

Когда материя приближается к чёрной дыре, она входит в вихревую структуру, называемую аккреционным диском.
Часть вещества из внутренней области аккреционного диска падает в чёрную дыру, а часть его перенаправляется от чёрной дыры в виде узких пучков или струй материи вдоль линий магнитного поля.
Поскольку процесс падения материи происходит неравномерно, струи (джеты) состоят из сгустков вещества или узлов, которые иногда можно определить при помощи обсерватории Чандра и других телескопов.

Исследователи использовали наблюдения, произведённые с помощью Чандра в 2012 и 2017 годах, чтобы отследить движение двух узлов с рентгеновским излучением, расположенных внутри джета на расстоянии около 900 и 2500 световых лет от чёрной дыры.
Рентгеновские данные показывают движение с видимыми скоростями, в 6,3 раза превышающими скорость света для ближайшего к чёрной дыре узла и в 2,4 раза превышающими скорость света для другого узла.

"Один из фундаментальных законов физики заключается в том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, - объясняет соавтор исследований Брэд Сниос из Смитсоновского института. - Мы не нарушили физику, но мы обнаружили пример удивительного явления, называемого сверхсветовым движением".

Сверхсветовое движение происходит, когда объекты движутся со скоростью, близкой к скорости света, в направлении нашего луча зрения.
Струя движется к нам почти так же быстро, как и свет, который она генерирует, создавая иллюзию, что движение струи намного быстрее скорости света.
В случае M87*, струя расположена в направлении, близком к нашему лучу обзора, что приводит к этим кажущимся экзотическим скоростям.

Ранее астрономы уже наблюдали такое движение в джете M87* на длинах волн оптического и радиодиапазона, но они не смогли выявить с определённостью, что вещество в струе движется со скоростью, очень близкой к скорости света.
Например, излучение может быть зафиксировано от ударных волн, подобных звуковому удару от сверхзвукового самолета, а не от движущейся материи.

Последние результаты показывают способность рентгеновских лучей действовать подобно точной космической скоростной пушке.
Команда учёных выявила, что объект, движущийся с кажущейся скоростью, в 6,3 раза превышающей скорость света, на 70% с лишним исчез из зоны видимости в период между 2012 и 2017 годами.
Вероятно, это затухание было вызвано потерей энергии частицами из-за излучения, возникающего при их закручивании по спирали вокруг магнитного поля. Это возможно только в том случае, если команда наблюдала рентгеновские лучи от частиц джета, а не движущуюся ударную волну.

"Наша работа даёт самые убедительные доказательства того, что частицы в джете M87* действительно движутся со скоростью, близкой к космическому пределу", - сказал Сниос.

Данные от Чандра являются отличным дополнением к данным, полученным Телескопом горизонта событий (EHT). Размер кольца вокруг чёрной дыры, видимого с помощью Телескопа горизонта событий, примерно в сто миллионов раз меньше размера струи, наблюдаемой телескопом Чандра.

Другое отличие состоит в том, что EHT в течение шести дней в апреле 2017 года производил наблюдения M87, получив историческое изображение чёрной дыры. В то время как телескоп Чандра исследует вещество внутри струи, выброшенное за сотни и тысячи лет до его текущего наблюдаемого состояния.

"Это можно сравнить с тем, что Телескоп горизонта событий показывает крупным планом ракетную установку, - говорит Пол Нулсен, другой соавтор исследования, - А Чандра показывает нам ракеты в полете".





Источник: https:// www.nasa.gov/ mission_pages/ chandra/ images/ famous-black-hole-has-jet-pushing-cosmic-speed-limit.html