Первое в истории обнаружение вспышки в среднем инфракрасном диапазоне в Стрельце A*, сверхмассивной черной дыре Млечного Пути

Прибор MIRI в составе интегрированного модуля научных приборов JWST (ISIM). MIRI — это серебристый элемент слева от ISIM-черной конструкции (слева). Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) с главным зеркалом диаметром 6,50 м (справа). Автор: НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда/Крис Ганн (МИРИ). НАСА (JWST)

Используя прибор MIRI на борту космического телескопа Джеймса Уэбба, международная группа ученых впервые в истории зафиксировала вспышку в среднем ИК-диапазоне от Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В ходе одновременных радионаблюдений команда обнаружила радио-аналог вспышки, запаздывающий по времени. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.

Ученые активно наблюдают за Стрельцом A* (Sgr A*) — сверхмассивной черной дырой, масса которой примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, — с начала 1990-х годов. Sgr A* регулярно демонстрирует вспышки, которые можно наблюдать на нескольких длинах волн, что позволяет ученым увидеть разные виды одной и той же вспышки и лучше понять, как она излучает свет и как генерируется излучение. Несмотря на долгую историю успешных наблюдений и даже получение изображений космического чудовища с помощью телескопа Event Horizon в 2022 году, до сих пор отсутствовал один важный элемент головоломки — наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне (Mid-IR).

Инфракрасный (ИК) свет - это тип электромагнитного излучения, который имеет более длинные волны, чем видимый свет, но более короткие, чем радиоволны. Среднее ИК-излучение находится в середине инфракрасного спектра и позволяет астрономам наблюдать объекты, такие как вспышки, которые часто трудно наблюдать на других длинах волн из-за непроницаемой пыли. До недавнего исследования ни одной команде еще не удавалось успешно обнаружить изменчивость Sgr A* в среднем инфракрасном диапазоне, что оставляло пробел в понимании учеными того, что вызывает вспышки, и вызывало вопросы о том, являются ли теоретические модели полными.

Ученые не уверены на 100%, что вызывает вспышки, поэтому они полагаются на модели и симуляции, которые сравнивают с наблюдениями, чтобы попытаться понять, откуда они берутся. Многие расчеты показывают, что вспышки в Sgr A* вызваны скоплением силовых линий магнитного поля в турбулентном аккреционном диске сверхмассивной черной дыры. Когда две силовые линии магнитного поля сближаются, они могут соединяться друг с другом и выделять большое количество энергии.

Побочный продукт этого магнитного пересоединения — синхротронное излучение — возникает, когда заряженные электроны движутся со скоростями, близкими к скорости света, вдоль силовых линий магнитного поля сверхмассивной черной дыры. Они испускают фотоны высокой энергии, которые питают вспышку.

Снимки центра Галактики в среднем инфракрасном диапазоне с помощью JWST. Автор: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2501.07415

Поскольку средний ИК-диапазон спектра находится между субмиллиметровым и ближним инфракрасным диапазонами (БИК), он хранит секреты о роли электронов, которые должны охлаждаться, чтобы высвободить энергию для питания вспышек. Новые наблюдения согласуются с существующими моделями и симуляциями, предоставляя еще одно убедительное доказательство в поддержку теории о том, что стоит за вспышками.

"Наше исследование показывает, что может существовать связь между наблюдаемой изменчивостью на миллиметровых длинах волн и наблюдаемым излучением вспышек в среднем ИК-диапазоне", - говорит Себастьяно фон Фелленберг, научный сотрудник Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) и ведущий автор новой статьи.

Он добавляет, что полученные результаты подчеркивают важность расширения многоволновых исследований не только Sgr A*, но и других сверхмассивных черных дыр, таких как M87*, чтобы получить четкое представление о том, что на самом деле происходит внутри и за пределами их аккреционных дисков.

"Хотя наши наблюдения показывают, что излучение Sgr A* в среднем ИК-диапазоне действительно является результатом синхротронного излучения охлаждающихся электронов, нам еще предстоит многое понять о магнитном пересоединении и турбулентности в аккреционном диске Sgr A*", - говорит фон Фелленберг. "Это первое в истории обнаружение в среднем ИК-диапазоне и изменчивость, наблюдаемая с помощью SMA, не только заполнили пробел в нашем понимании того, что вызвало вспышку в Sgr A*, но и открыли новое направление важных исследований".

Одновременные наблюдения с помощью субмиллиметрового телескопа (SMA), телескопа ядерной спектроскопии (NuSTAR) и рентгеновской обсерватории «Чандра» дополнили эту историю. Во время рентгеновских наблюдений не было обнаружено ни одной вспышки, вероятно, потому, что эта конкретная вспышка не разгоняла электроны до таких высоких энергий, как некоторые другие вспышки. Но команда добилась успеха, когда обратилась к SMA, который обнаружил вспышку миллиметрового диапазона, отстающую примерно на 10 минут от вспышки в среднем ИК-диапазоне.

"Работа над уменьшением и калибровкой данных с телескопа James Webb, который в настоящее время является одним из лучших телескопов, которыми мы располагаем, была для меня воплощением мечты, и я очень благодарен Себастьяно фон Фелленбергу и Гюнтеру Витцелю за их замечательное наставничество. Я с нетерпением жду продолжения работы в этой области, получив степень доктора философии после окончания университета в этом году", - говорит Тамоджит Ройчоудхури, в настоящее время студент Индийского технологического института в Бомбее.

"Мы строим все более детальную картину процессов, происходящих в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры. Качество наших данных в среднем инфракрасном диапазоне является еще одним свидетельством огромных технических возможностей космического телескопа Джеймса Уэбба", - заключает Витцель, штатный научный сотрудник MPIfR.

Дополнительная информация: Себастьяно Д. фон Фелленберг и др., Первое обнаружение и моделирование вспышки в среднем инфракрасном диапазоне от Sgr A*, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2501.07415

Источник: Max Planck Society