Впервые подробно описана структура сверхсветовой струи от квазара

Международная группа ученых подробно описала структуру струи или джета, испускаемой квазаром, чья кажущаяся скорость является сверхсветовой.

В статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, впервые демонстрируется коллимационный разрыв, когда струя перестает быть узкой и начинает расширяться в пространство. Результаты исследования помогут астрофизикам понять, как джетам удается долгое время поддерживать свою форму при взаимодействии с межзвездной средой.

Исследователи провели наблюдения за квазаром 3C 273 на частоте 86 гигагерц с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, при которой объединяются данные, полученные радиотелескопами, находящимися на разных континентах. Ученым удалось добиться высокого разрешения примерно в 60 угловых микросекунд, что позволило им во всех подробностях изучить внутреннюю часть джета в непосредственной близости к центральной черной дыры — в пределах всего сотни тысяч радиусов Шварцшильда.

3C 273 находится в направлении созвездия Девы и считается первым объектом, который идентифицирован в качестве квазара — разновидности активных галактических ядер, которые являются ярчайшими объектами во Вселенной, подпитываемыми сверхмассивными черными дырами в их центре. Красное смещение 3С 273 составляет всего 0,15, что делает его ближайшим квазаром к Земле, находящимся на собственном расстоянии два миллиарда световых лет. Он также является блазаром, то есть его джеты направлены в сторону наблюдателя. Масса центральной черной дыры оценивается в 886 миллионов масс Солнца, а ее радиус Шварцшильда, который соответствует радиусу горизонта событий, равен порядка миллиарда километров (соответствует расстоянию от Солнца до внешних планет Солнечной системы).

Взаимодействие между сверхмассивной черной дырой и гигантским аккреционным диском приводит к возникновению релятивистских джетов — узких или коллимированных струй плазмы, двигающихся с околосветовой скоростью. При этом в некоторых случаях земным наблюдателям кажется, что джеты перемещаются со сверхсветовой скоростью, если они направлены в сторону Земли под достаточно небольшим углом к лучу зрения.

Наблюдения показывают, что на расстоянии порядка около 10 миллионов радиусов Шварцшильда в струе, испускаемой 3C 273, возникает структурный переход между суженной параболической и расширяющейся конической/гиперболической формой. Иными словами, струе удается быть коллимированной на расстояниях, в несколько десятков раз превосходящих радиус сферы гравитационного влияния черной дыры.

Популярная интерпретация происхождения коллимационного разрыва состоит в том, что давление окружающего межзвездного газа вдали от черной дыры снижается и больше не способность удерживать зауженную форму струи. Однако результаты исследования демонстрирует, что на удаленность разрыва от черной дыры может влиять множество различных факторов, включая наличие аккреционного диска, его протяженность, истечение нерелятивистских дисковых ветров, пылевой тор, кокон горячего газа снаружи струи, а также внутренняя физика самой струи.