Астрономы обнаружили магнитные петли вокруг сверхмассивной черной дыры

Наложение положений пятен мазера H₂O и континуального изображения радиокомпонента S1 NGC 1068 на частоте 21,9 ГГц. Автор: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad864f

Мазеры — это особые источники электромагнитного излучения, которые излучают в микроволновом или радиодиапазоне; в радиоастрономии водяные мазеры, наблюдаемые на частоте 22 ГГц, особенно полезны, поскольку они могут излучать свет сквозь большую часть пыли и газа, которые заслоняют оптические длины волн.

Под руководством астронома Джека Галлимора из Университета Бакнелла международная группа астрономов и студентов приступила к наблюдению за NGC 1068, преследуя двойную цель: астрометрическое картирование радиоконтинуума галактики и измерение поляризации ее водяных мазеров.

«NGC 1068 — это своего рода VIP среди активных галактик», — говорит соавтор CM Виолетта Импеллиццери. «Она необычайно мощная, с черной дырой и аккреционным диском с ребра. И поскольку она находится так близко, она была очень, очень хорошо изучена в деталях». Однако Галлимор и его команда решили взглянуть на NGC 1068 совершенно по-новому. Их статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Наблюдения такого рода проводились с использованием недавно модернизированной Высокочувствительной решетки (HSA), которая состоит из телескопов NSF NRAO на Очень большой решетке Карла Г. Янски, Решетки со сверхдлинной базой и Телескопа Грин-Бэнк, объединенных в сеть и полностью поддерживаемых NSF NRAO.

Измерив поляризацию водяных мазеров, а также континуум радиоизлучения от NGC 1068, команда создала карту, на которой виден компактный радиоисточник, теперь известный как NGC 1068*, а также загадочные протяженные структуры более слабых излучений.

Картографирование астрометрического распределения NGC 1068 и ее водяных мазеров показало, что они распределены вдоль структурных нитей. «В этих новых наблюдениях действительно выяснилось, что эти нити мазерных пятен выстраиваются в линию, как бусины на нитке», — резюмировал Галлимор.

Команда была ошеломлена, увидев, что существует явное смещение — угол смещения — между радиоконтинуумом, показывающим структуры в ядре галактики, и расположением самих мазеров. «Конфигурация нестабильна, поэтому мы, вероятно, наблюдаем источник магнитно-запущенного истечения».

Измерения HSA поляризации этих водных мазеров выявили поразительные доказательства магнитных полей. «Никто никогда не видел поляризации в водных мазерах за пределами нашей галактики», — подчеркнул Галлимор. Подобно петлевым структурам, которые видны на поверхности нашего Солнца в виде протуберанцев, поляризационная картина этих водных мазеров ясно указывает на то, что магнитные поля также являются корнем этих структур масштаба светового года.

«Рассмотрев нити и увидев, что векторы поляризации перпендикулярны им, мы получаем ключ к подтверждению того, что это структуры, управляемые магнитным полем. Это именно то, что вы ожидаете увидеть», — резюмирует Галлимор.

Предыдущие исследования региона намекали на закономерности, обычно связанные с магнитными полями, но такие выводы оставались за пределами досягаемости наблюдательной технологии до недавнего времени. «Только HSA обладает сочетанием разрешения и чувствительности, необходимым для картирования магнитных полей с использованием поляризованного света», — говорит Галлимор.

Импеллиццери добавляет: «Было проведено множество модернизаций объектов NSF NRAO. Все телескопы получили значительные улучшения. Поэтому одной из причин, по которой мы решили, что стоит повторить эти наблюдения, а не просто вернуться к архиву, было то, что мы знали, что теперь получим гораздо более качественные данные».

Их выводы показывают доказательства компактного центрального радиоисточника (сверхмассивной черной дыры галактики), четкую поляризацию водяных мазеров, указывающую на структуру внутри магнитных полей NGC 1068, и впечатляющие протяженные особенности в континууме радиочастот. В совокупности эти выводы указывают на то, что магнитные поля являются основными движущими силами этих явлений.

Однако остается еще много загадок. Например, на карте радиоконтинуума есть размытый, слабый выступ, который команда прозвала «лисьим хвостом», который простирается на север от центральной области.

Галлимор говорит: «Мы сказали себе, когда приступили к этому делу: «Давайте посмотрим, сможем ли мы действительно раздвинуть границы и получить хорошие данные о континууме и поляризации». И обе эти цели были достигнуты. С помощью высокочувствительного массива NSF NRAO мы впервые обнаружили поляризацию мегамазера воды, а также создали действительно потрясающую карту континуума, которую мы все еще пытаемся осмыслить».

Больше информации: Jack F. Gallimore et al, The Discovery of Polarized Water Vapor Megamaser Emission in a Molecular Accretion Disk, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad864f

Источник: National Radio Astronomy Observatory