Более 150 лет галактика OJ 287, находящаяся в пяти миллиардах световых лет от нас, своим непостоянным блеском ставила астрономов в тупик и одновременно завораживала. Ученые подозревали, что в ее сердце происходит слияние двух сверхмассивных черных дыр. Недавно международной группе исследователей под руководством доктора Эфталии Траяну из Гейдельбергского университета удалось сделать снимок центра этой галактики с небывалой детализацией. Эта революционная фотография, полученная с помощью космического радиотелескопа, выявила ранее неизвестный, сильно изогнутый участок струи плазмы, вырывающейся из ядра галактики. Изображение позволило по-новому взглянуть на экстремальные условия, царящие в окрестностях сверхмассивных черных дыр.

Подробности опубликованы в издании Astronomy & Astrophysics.

Ядро OJ 287 относится к классу блазаров — объектов с колоссальной активностью и ослепительной яркостью. Мотором таких активных галактических ядер служат черные дыры. Они поглощают вещество из окружающего пространства и могут выбрасывать его обратно в виде гигантских струй (джетов) плазмы, состоящих из космических лучей, тепла, тяжелых атомов и магнитных полей.

Мы никогда раньше не видели структуру в галактике OJ 287 с таким уровнем детализации, как на новом снимке, — подчеркивает доктор Траяну, постдок в группе доктора Романа Голда в Междисциплинарном центре научных вычислений Гейдельбергского университета.

Снимок, заглянувший в самую глубь галактического центра, показывает резко изогнутую, похожую на ленту, структуру джета. Это также дает новое понимание состава и поведения плазменной струи. В некоторых областях температура превышает десять триллионов градусов Кельвина — свидетельство чудовищной энергии и движения, высвобождаемых вблизи черной дыры. Исследователи также зафиксировали образование, распространение и столкновение новой ударной волны вдоль джета и связывают ее с энергией в триллионы электрон-вольт, зарегистрированной при необычном измерении гамма-излучения в 2017 году.

Изображение в радиодиапазоне было получено с помощью наземно-космического радиоинтерферометра. В его состав входили:

• орбитальный радиотелескоп — десятиметровая антенна миссии «Радиоастрон» на борту спутника „Спектр-Р“;
• сеть из 27 наземных обсерваторий по всей Земле.

Таким образом ученые создали виртуальный космический телескоп с диаметром, в пять раз превышающим диаметр Земли. Его высочайшее разрешение обеспечивается огромными расстояниями между отдельными радиообсерваториями. В основе метода лежит использование волновой природы света и интерференции волн.

Полученное интерферометрическое изображение подтверждает гипотезу о том, что внутри OJ 287 находится двойная система сверхмассивных черных дыр. Оно также дает важную информацию о том, как движение таких черных дыр влияет на форму и ориентацию испускаемых плазменных струй.

Особые свойства этой галактики делают ее идеальным кандидатом для дальнейшего изучения сливающихся черных дыр и связанных с ними гравитационных волн, — заключает Эфталия Траяну.

Реальная польза этого исследования выходит далеко за рамки изучения конкретной галактики.

• Во-первых, оно позволяет «откалибровать» наши представления о физике экстремальных состояний материи. Температуры в триллионы градусов и процессы, порождающие столь мощные струи, нельзя воссоздать в лабораториях. OJ 287 становится естественным ускорителем частиц, дающим бесценные данные для фундаментальной физики.
• Во-вторых, понимание динамики двойных черных дыр — ключ к расшифровке «хора» гравитационных волн, которые скоро будут регистрироваться новыми поколениями детекторов. Мы учимся читать „почерк“ слияний, чтобы в будущем точно определять их массу, расстояние и историю.
• Наконец, отработанная технология интерферометрии со сверхдлинной базой открывает новую эру в астрономии, позволяя рассматривать детали объектов, которые раньше были лишь размытыми пятнами. Это прямой путь к новым открытиям.

Основное уязвимое место исследования, которое признают и сами авторы, — это сильная зависимость от единичного, хотя и выдающегося, набора данных. Интерферометрические наблюдения с такой базой сложны, их трудно повторить и верифицировать независимой группой. Яркость и структура джетов в блазарах могут меняться со временем. Без регулярного мониторинга OJ 287 с тем же беспрецедентным разрешением мы не можем быть полностью уверены, что наблюдаемая уникальная изогнутая структура — постоянная особенность, а не временное явление, например, результат разового мощного выброса. Кроме того, интерпретация данных (связь ударной волны с гамма-всплеском 2017 года, точная геометрия двойной системы) остается в значительной степени теоретической моделью, которую еще предстоит подтвердить дополнительными наблюдениями на других длинах волн.

Ранее ученые нашли галактику, которая может считаться ровесницей Большого взрыва.