«Гайя» случайно нашла у квазаров длинные «хвосты»

Квазары — это астрономические объекты, которые находятся за пределами нашей Галактики, Млечного Пути. Считается, что квазары — это светящиеся центры других галактик, «сердце» которых — сверхмассивные черные дыры. Они притягивают к себе вещество из межзвездного пространства, которое падает на черную дыру, излучая энергию. При этом вещество образует вокруг черной дыры аккреционный диск (от латинского accrētiō — «приращение», «увеличение») и джет, или релятивистскую струю, «хвост» который выбрасывается в космос на расстояния, измеряемые в световых годах.

Астрономы нашли квазарам практическое применение: поскольку они находятся очень далеко и слабо смещаются относительно наблюдателя с Земли, их удобно использовать как реперные точки, начало отсчета для системы координат, в том числе и для навигационных систем.

Для того чтобы измерить координаты самих квазаров, советские ученые Матвеенко, Кардашев и Шоломицкий в 1965 году предложили использовать данные с радиотелескопов, которые находятся далеко друг от друга. Это позволяет получить очень точные координаты. Такие системы радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДБ) и используют сейчас для определения координат далеких светил.

В 2013 году Европейское космическое агентство вывело на орбиту Земли телескоп «Гайя» (Gaia, от Global Astrometric Interferometer for Astrophysics). Среди целей телескопа тоже было определение координат квазаров, но только с помощью оптики, а не радио. Ученые из России решили сопоставить то, как «Гайя» видит квазары в оптике с данными от радиоинтерферометров с Земли.

«В радио видно далеко не все: например, аккреционный диск сверхмассивной черной дыры ярок именно в оптике и ультрафиолете. Поэтому мы решили попробовать совместить данные из двух источников», — говорит один из авторов исследования Юрий Ковалев, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, заведующий лабораторией ФИАН.

Оказалось, что координаты квазаров, полученные с «Гайи», расходятся с тем, что определили радиотелескопы с Земли. Анализ расхождений показал, что РСДБ видит центр квазара, а «Гайя» принимает за квазар ярко светящийся джет, который «сбивает ее с толку». Значит, джет квазара и больше, и ярче, чем предполагалось. Это было неожиданностью для ученых. По словам Ковалева, раньше думали, что в видимом свете ярко излучает только центр квазара со своим аккреционным диском.

Последствия у открытия есть как астрофизические, так и астрометрические. Для фундаментальной науки полученный результат значит, что теперь можно будет узнать, что происходит у черных дыр, изучить в подробностях аккреционные диски, которые были теоретически описаны советскими учеными Шакурой и Сюняевым еще в 1973 году.

«Теперь, совместно используя данные радиоинтерферометров и „Гайи“, мы сможем воссоздать и исследовать структуру сотен очень далеких квазаров на масштабах парсек, тысячных долей угловой секунды, которые недоступны для обычных оптических телескопов, и даже для Хаббла, — говорит Ковалев. — Без преувеличения можно сказать, что это открытие нового направления в наблюдательной астрофизике. Сопоставление данных радиоинтерферометров и оптических телескопов поможет нам получить информацию об аккреционных дисках вокруг черных дыр и о горячих джетах в центрах галактик в видимом свете. Теперь мы лучше понимаем, как они устроены, и какие процессы там происходят».

Для астрометрии это открытие означает, что координаты в оптике могут «плыть» со временем, а значит, их надо использовать для навигации с осторожностью.

Исследование описано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В этом году Рашид Сюняев и Николай Шакура стали лауреатами Госпремии по науке за создание теории дисковой аккреции вещества на черные дыры, то есть теоретическое описание аккреционных дисков черных дыр, дальнейшее изучение которых стало возможным благодаря обнаружению джетов у квазаров. «Чердак» говорил с Николаем Шакурой сразу после того, как тот получил премию.

 Максим Абдулаев