Астрономы заглянули в «Око Саурона» и обнаружили скрытый двигатель в центре активной галактики

Вид на конус плазменной струи блазара PKS 1424+240, полученный с помощью радиотелескопа системы Very Long Baseline Array (VLBA). Авторы: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/Y.Y. Kovalev et al.

Астрономы заглянули в самое сердце активной галактики и обнаружили кольцевое магнитное поле, которое может объяснить экстремальное гамма-излучение и происхождение нейтрино.

Блазар PKS 1424+240, расположенный в миллиардах световых лет от Земли, долгое время ставил ученых в тупик. Он выделялся как самый яркий известный источник нейтрино своего класса (по данным обсерватории IceCube) и одновременно ярко светился в гамма-диапазоне высокой энергии. Однако его радиоструя, или джет, казалась аномально медленной, что противоречило теориям, согласно которым только самые быстрые джеты могут порождать столь интенсивное высокоэнергетическое излучение.

Теперь, благодаря 15 годам сверхточных наблюдений с помощью системы радиотелескопов Very Long Baseline Array (VLBA), исследователям удалось составить детальное изображение этого джета с беспрецедентным разрешением.

«Когда мы восстановили изображение, оно выглядело абсолютно потрясающе, — говорит Юрий Ковалёв, ведущий автор исследования и руководитель проекта MuSES в Институте радиоастрономии Макса Планка. — Мы никогда не видели ничего подобного — почти идеальное тороидальное магнитное поле с джетом, направленным прямо на нас».

Поскольку джет сориентирован почти точно в направлении Земли, его высокоэнергетическое излучение значительно усиливается за счет эффектов специальной теории относительности. «Такая ориентация увеличивает яркость в 30 и более раз, — объясняет соавтор работы Джек Ливингстон. — В то же время из-за проекционных эффектов джет кажется медленным — это классическая оптическая иллюзия».

Эта геометрия «в лоб» позволила ученым заглянуть прямо в сердцевину джета блазара — чрезвычайно редкая возможность. Поляризованные радиосигналы помогли команде картировать структуру магнитного поля джета, выявив его вероятную спиральную или тороидальную форму. Эта структура играет ключевую роль в запуске и коллимации потока плазмы и может быть необходима для ускорения частиц до экстремальных энергий.

«Решение этой загадки подтверждает, что активные галактические ядра со сверхмассивными черными дырами являются не только мощными ускорителями электронов, но и протонов — источника наблюдаемых высокоэнергетических нейтрино», — заключает Ковалёв.

Открытие стало триумфом для программы MOJAVE — многолетнего проекта по мониторингу релятивистских струй в активных галактиках с использованием VLBA. Ученые применяют технику интерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), которая объединяет радиотелескопы по всему миру, образуя виртуальный телескоп размером с Землю. Это обеспечивает наивысшее разрешение в астрономии, позволяя изучать мельчайшие детали далеких космических струй.

«Когда мы начинали MOJAVE, идея о том, что однажды мы сможем напрямую связать далекие джеты черных дыр с космическими нейтрино, казалась научной фантастикой. Сегодня наши наблюдения делают это реальностью», — говорит Антон Ценсус, директор Института радиоастрономии Макса Планка и сооснователь программы.

Этот результат укрепляет связь между релятивистскими струями, высокоэнергетическими нейтрино и ролью магнитных полей в формировании космических ускорителей, отмечая важную веху в многоканальной астрономии.

Справка: Блазар — это тип активного галактического ядра, питаемого сверхмассивной черной дырой, которая выбрасывает струю плазмы, движущуюся почти со скоростью света. Особенность блазара в его ориентации: одна из его струй направлена в пределах примерно 10 градусов от Земли. Это выравнивание делает блазары яркими во всем электромагнитном спектре и позволяет ученым изучать экстремальные физические процессы, включая ускорение частиц до энергий, далеко превосходящих те, что достижимы в созданных человеком ускорителях.