Давно улетевший телескоп IXPE встревожил учёных неожиданными данными

23 ноября в журнале Nature было опубликовано исследование, завершившее 40-летнюю гонку за тайной природы "внегалактических джетов". В этом учёным помог телескоп IXPE, запущенный год назад. Казалось бы, речь в исследовании шла об очередных объектах, расположенных за сотни миллионов световых лет от Земли, но внезапно выяснилось, что по ходу изучения новых данных о чёрных дырах разгадывается одна из давних тайн мироздания.

В центре внимания оказался блазар — один из самых ярких объектов во Вселенной. О них известно с 70-х, но крайне мало. Учёные даже выделили для них отдельный класс. Что знают наверняка? Это производные сверхмассивных чёрных дыр (до 1011 масс Солнца). Известно, что чёрные дыры всасывают в себя всё, что "видят", — газ, пыль, звёзды.

Но так называемые блазары периодически выпускают мощные струи в сторону нашей планеты. И при определённых обстоятельствах они бы могли уничтожить всё живое на Земле, однако этого не происходит. Почему потоки летят к Земле и почему, тем не менее, никак напрямую на неё не влияют, остаётся загадкой. Только поняв природу струй-суперджетов, можно прогнозировать, чего от них вообще ждать.

Блазары — это активные ядра чёрных дыр, работающие в режиме прямой-обратной связи. То есть они и поглощают вещество, и исторгают что-то взамен. Забирают хаотический массив веществ, выдают направленный поток.

Если посмотреть на изображение чёрной дыры, блазар предстанет в виде условного "бриллиантового дула" в самом её центре. И вот оно может выпускать струю такой мощности, что запросто пробьёт дырку в другой галактике. По крайней мере так делали блазары на заре эволюции Вселенной.

В нашем случае речь идёт о блазаре из большой эллиптической галактики Маркарян 501. Она удалена на 450 миллионов световых лет от Земли и локализована в созвездии Геркулеса. Этот блазар, подобно бластеру из фильма в жанре сай-фай, выпускает две струи, одна из которых летит в сторону Земли.

Такие струи также называют джетами. Это потоки частиц, часть которых на определённом этапе разгоняются до 97% скорости света. Интересно, что по мере ускорения поток излучает рентгеновские лучи, а по мере замедления и постепенной потери энергии испускает оптические волны и радиоволны.

Учёные давно предполагали, что так называемая ударная волна потока образуется вследствие столкновения частиц высокой энергии или резких изменений давления.

Нельзя было сказать наверняка, почему это происходит, пока 9 декабря 2021 года не запустили телескоп IXPE. В качестве ракеты-носителя использовался Falcon 9.

IXPE изначально рассчитан на исследование экзотических астрономических объектов, призван составлять карту магнитных полей чёрных дыр, нейтронных звёзд, пульсаров, квазаров и блазаров.

Весит он 330 килограммов, масса полезной нагрузки составляет 170 килограммов. Его солнечная батарея составляет 2,7 метра в развёрнутом состоянии. IXPE оснащён тремя телескопами, предназначенными для измерения поляризации космического рентгеновского излучения.

В марте этого года IXPE в течение трёх дней в рентгеновском спектре наблюдал галактику Маркаряна 501 вместе с её блазаром. Затем был сделан перерыв, и в течение двух недель учёные с помощью других телескопов, в том числе наземных, собирали информацию о радио-, оптических и рентгеновских лучах джета, вылетающего из блазара галактики Маркарян 501. Потом исследование дополнили новыми наблюдениями IXPE. Впервые учёным удалось приблизиться к источнику ускорения частиц так близко.

И тут они выяснили, что рентгеновский свет в спектре джета более поляризован, чем оптический, то есть более упорядочен. Но почему такая скорость? Скорее всего, рентгеновские лучи влияют на эту скорость. Они выступают в роли ускорителей, а вещество из аккреционного диска — в роли топливного бака.

То есть выглядит это приблизительно так: из "сопла" чёрной дыры вырывается поток частиц, внутри него образуется ещё один, более мощный, рентгеновский, поток. Он идёт быстрее основного потока, благодаря чему создаёт ударную волну.

На некоторое время ударная волна придаёт джету дополнительное ускорение и повышенную яркость во всех регистрируемых диапазонах, затем по мере приближения к Земле поток слабеет, поляризованность во всех спектрах падает, движение частиц становится более хаотичным. Не долетев до Земли, он рассеивается.

— Добавление рентгеновской поляризации к нашему арсеналу радио-, инфракрасной и оптической поляризации полностью поменяло правила игры, — говорит астроном Бостонского университета Алан Маршер.

Учёные отмечают, что это ещё не полное решение вселенской загадки, ведь поляризация с течением времени может измениться. Возможно, направленность потока и его интенсивность будут увеличиваться. А это может сильно повлиять на дальнейшую эволюцию Вселенной.

Важно отметить, что в течение первого миллиарда лет жизни Вселенной в ней находилось большое количество массивных чёрных дыр, блазаров, и они тоже выбрасывали струи большой мощности.

Учёные предполагают, что, изучив ещё несколько блазаров, можно будет перевернуть представления о происхождении сверхмассивных чёрных дыр.

Уже несколько лет сверхмассивные чёрные дыры считаются главными фабриками самых мощных космических лучей во Вселенной.

Изучив их, в целом будет проще понять, как происходит эволюция галактик и космоса в целом. Опасны ли блазары для землян? В случае с галактикой Маркарян 501 — нет, но какую костяшку вселенского домино толкает конкретно этот блазар — большой вопрос.