«Джеймс Уэбб» запечатлел во всех деталях джет чёрной дыры M87* — «световой меч», длиною в тысячи световых лет

«Вселенная — это ускоритель для бедных», — когда-то сказал академик Яков Борисович Зельдович. Отчасти это так — естественным образом в небесах происходят вещи, для лабораторного воспроизведения которых требуются колоссальные затраты, но даже деньги не решают всего. Зато решают передовые инструменты наблюдения за космосом, что снова доказала обсерватория им. Джеймса Уэбба, создав самое детальное в истории изображение джета чёрной дыры.

Галактика M87, расположенная на расстоянии около 55 млн световых лет от Земли и впервые открытая Шарлем Мессье в XVIII веке, давно привлекает внимание астрономов своей яркой струёй вещества, вырывающейся из её центра. Более ста лет этот джет, исходящий от сверхмассивной чёрной дыры M87*, служит объектом исследований, а в 2019 году сама чёрная дыра стала первой, которую Телескоп горизонта событий смог «сфотографировать» напрямую. Теперь космический телескоп «Джеймс Уэбб» предоставил самое чёткое на сегодняшний день инфракрасное изображение этого джета, раскрыв новые детали его структуры и динамики.

На снимке, полученном с помощью прибора Near Infrared Camera (NIRCam), джет предстаёт в виде светящейся розовой ленты на фоне туманного фиолетового неба, протянувшейся на несколько тысяч световых лет от чёрной дыры. Яркие узлы вдоль потока указывают на зоны, где заряженные частицы ускоряются почти до скорости света, создавая впечатляющие изгибы и спиралевидные формы. Впервые в инфракрасном диапазоне удалось запечатлеть слабый контр-джет — противоположный поток, расположенный примерно в 6000 световых лет от ядра (на снимке ниже он расположен с противоположной стороны от струи).

Контр-джет выглядит как две нити слабой S-образной формы, соединённые горячей точкой. Это согласуется с предыдущими радиоастрономическими наблюдениями, делая изображение по-настоящему революционным.

Ближе к центру галактики джет приобретает геликоидальную (спиралевидную) форму, с заметными элементами, такими как медленно движущаяся структура «узел L» и яркая область HST-1 с частицами с запредельной энергией. На чётком изображении «Уэбба» HST-1 разделяется на две субструктуры с различными свойствами излучения, что свидетельствует о наличии ударных волн и сложной динамики частиц вблизи чёрной дыры. Контр-джет, напротив, очень тусклый из-за релятивистского эффекта: он удаляется от нас со скоростью, близкой к скорости света, что ослабляет его видимый свет. Эти детали подчёркивают, как магнитные поля направляют и ускоряют частицы вдоль всего потока.

Команда учёных из Института астрофизики Андалусии (Institute of Astrophysics of Andalusia) в Испании использовала четыре инфракрасных диапазона NIRCam для получения изображения, тщательно удалив влияние звёздного света, пыли и фоновых галактик. Это позволило изолировать джет и получить наиболее детальное представление о его свойствах. Анализ показал, что излучение джета — синхротронное, возникающее от заряженных частиц, спиралевидно движущихся в магнитных полях. Изучая различия в цветах по диапазонам, исследователи проследили процессы ускорения, охлаждения и изгиба траектории частиц, подтвердив сложную физику, происходящую вблизи сверхмассивной чёрной дыры.

Джеты вроде того, что наблюдается в M87, представляют собой естественные лаборатории экстремальной физики, где сверхмассивные чёрные дыры ускоряют частицы до энергий, недостижимых на Земле. Изучение таких структур помогает понять, как чёрные дыры регулируют эволюцию галактик, подавляя звездообразование и распространяя материю и энергию в межгалактическое пространство. Новые данные от «Уэбба» не только углубляют знания о M87*, но и открывают пути для будущих наблюдений, потенциально раскрывая универсальные механизмы аккреции и выброса вещества в активных галактических ядрах, что подчёркивает, как инфракрасная астрономия меняет наше понимание Вселенной. А оно — понимание — далеко от полного.