Новый взгляд на струю черной дыры: взгляд на высокоэнергетические частицы, вылетающие из космоса

Рентгеновская обсерватория Чандра обнаруживает струю Центавра А, простирающуюся в верхний левый угол изображения. Исследователи нашли новые сведения о струе, сосредоточившись на движении ярких пятен, или узлов, внутри струи. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad73a1

В ходе исследования, проведенного Мичиганским университетом, были проанализированы данные, полученные с рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» за более чем два десятилетия, и показано, что в области черных дыр можно обнаружить новые сложные научные данные.

В частности, в исследовании рассматривается высокоэнергетическая струя частиц, выбрасываемая в космос сверхмассивной черной дырой в центре галактики Центавр А.

Джеты видны в различные типы телескопов, включая те, которые обнаруживают радиоволны, и те, которые собирают рентгеновские лучи. После запуска Chandra в 1999 году многие астрономы были особенно заинтересованы в неожиданно ярких рентгеновских сигналах от джетов. Тем не менее, казалось, что рентгеновские наблюдения по сути улавливают те же особенности, что и их более устоявшиеся радиоаналоги, что не является самым захватывающим результатом.

Джеты — это массивные космические структуры, некоторые из которых больше своих галактик-хозяев, которые все еще таят в себе множество загадок. Если джет выглядит одинаково для разных инструментов, это не делает никакой пользы тем, кто работает над разгадкой этих астрофизических головоломок.

«Ключом к пониманию того, что происходит в струе, может стать понимание того, как различные диапазоны длин волн отслеживают различные части окружающей среды», — сказал ведущий автор Дэвид Богенсбергер, постдокторант UM. «Теперь у нас есть такая возможность».

Новое исследование является последним в небольшой, но растущей группе исследований, направленных на более глубокий анализ данных с целью выявления тонких, но значимых различий между радио- и рентгеновскими наблюдениями.

«Струя в рентгеновских лучах отличается от струи в радиоволнах», — сказал Богенсбергер. «Данные рентгеновских лучей прослеживают уникальную картину, которую вы не можете увидеть ни в какой другой длине волны».

Богенсбергер и международная группа коллег опубликовали свои выводы в The Astrophysical Journal.

В своем исследовании команда рассмотрела наблюдения Чандры за Центавром А с 2000 по 2022 год. Или, точнее, Богенсбергер разработал компьютерный алгоритм для этого. Алгоритм отслеживал яркие, комковатые детали в струе, которые называются узлами. Следуя за узлами, которые двигались в течение периода наблюдения, команда могла затем измерить их скорость.

Скорость одного узла была особенно примечательна. Фактически, казалось, что он движется быстрее скорости света из-за того, как он движется относительно точки наблюдения Чандры около Земли. Расстояние между узлом и Чандрой сокращается почти так же быстро, как может двигаться свет.

Команда определила, что фактическая скорость узла составляла по меньшей мере 94% скорости света. Ранее скорость узла в похожем месте измерялась с помощью радионаблюдений. Этот результат зафиксировал узел со значительно меньшей скоростью, около 80% скорости света.

«Это означает, что узлы радио- и рентгеновских струй движутся по-разному», — сказал Богенсбергер.

И это не единственное, что бросалось в глаза в полученных данных.

Например, радионаблюдения узлов показали, что структуры, наиболее близкие к черной дыре, движутся быстрее всего. Однако в новом исследовании Богенсбергер и его коллеги обнаружили самый быстрый узел в своего рода средней области — не самой дальней от черной дыры, но и не самой близкой к ней.

«Мы еще многого не знаем о том, как работают струи в рентгеновском диапазоне. Это подчеркивает необходимость дальнейших исследований», — сказал Богенсбергер. «Мы продемонстрировали новый подход к изучению струй, и я думаю, что предстоит еще много интересной работы».

Со своей стороны, Богенсбергер будет использовать подход команды для изучения других струй. Струя в Центавре А особенная, потому что это ближайшая известная нам струя, находящаяся на расстоянии около 12 миллионов световых лет.

Эта относительная близость сделала его хорошим первым вариантом для тестирования и проверки методологии команды. Такие особенности, как узлы, становится сложнее разрешить в струях, которые находятся дальше.

«Но есть и другие галактики, где можно провести этот анализ», — сказал Богенсбергер. «И это то, что я планирую сделать дальше».

Больше информации: David Bogensberger et al, Superluminal Proper Motion in the X-Ray Jet of Centaurus A, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad73a1

Источник: University of Michigan