Во Вселенной происходят физические явления, которые никогда не будет возможно повторить в земных условиях. Наблюдая такие явления, учёные познают мир, и новые инструменты помогают делать это лучше и точнее, как новая рентгеновская обсерватория NASA IXPE. Этот инструмент помог вскрыть структуру электромагнитных полей джетов блазаров, где частицы разгоняются до околосветовых скоростей.

Художественное представление релятивистской струи, бьющей из центра чёрной дыры, окружённой аккреционным диском (в рентгене видна «белая область» — это фронт ударной волны). Источник изображения: NASA/Pablo Garcia

Поразительно, что открытие сделано с расстояния 400 млн световых лет от Земли. Впрочем, энергия выбросов — джетов или струй блазаров, бьющих из центров чёрных дыр — настолько велика, что затмевает свет всех остальных звёзд в галактике-хозяйке. Тем не менее, приборы обсерватории NASA IXPE смогли различить спиралевидную структуру электромагнитного поля в месте движения ударной волны в струе блазара Маркарян 421 (Markarian 421) в созвездии Большой Медведицы.

Ранее обсерватория IXPE смогла увидеть признаки спиралевидной структуры в джете другого блазара — Маркарян 501. Двукратное наблюдение за блазаром Маркарян 421 позволило более детально изучить структуру поля и окончательно утвердиться в мысли, что частицы в джете разгоняются до околосветовых скоростей именно благодаря формированию фронта ударной волны, а фронт волны, в свою очередь, формируется в процессе вращения частиц по линиям электромагнитного поля по спирали.

Обсерватория NASA IXPE

Интересно, что два наблюдения блазара Маркарян 421 с перерывом свыше полугода не показало изменения в поляризации рентгеновского излучения джета. При этом каждое из наблюдений показывало постоянную смену поляризации на 15 %. Оказалось, что между двумя наблюдениями поляризация поменялась на 180 градусов. Это стало сюрпризом, поскольку никто не ожидал таких крупных витков «спирали» в магнитном поле струи. И это открытие позволило упрочить фундамент под нашими знаниями о физике джетов и блазаров.

Астрономы изменили классификацию ядра одной из отдалённых галактик после того, как было обнаружено, что его релятивистские струи (джеты) изменили своё движение и оказались направленными прямо на Землю. Это событие было зафиксировано впервые.

Источник изображения: ras.ac.uk

В центре большинства галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры — они активно поглощают вещество и попутно производят сильное излучение. Область, в которой происходит этот процесс, называется квазаром. В отдельных случаях они испускают струи заряженных частиц, которые движутся со скоростью, близкой к световой. Если одна из этих струй оказывается направленной прямо на Землю, светимость объекта для наблюдателя оказывается чрезвычайно высокой, и такой объект уже называют блазаром.

Международная группа астрономов обнаружила галактику, ядро которой превратилось из квазара в блазар — такие события прежде не фиксировались. По версии учёных, направление релятивистской струи в какой-то момент изменилось на 90°, и теперь она направлена прямо на Землю. Речь идёт о галактике за номером PBC J2333.9-2343, расстояние до которой составляет 656,8 млн световых лет. Ранее при наблюдении за ней учёные обнаруживали нечто напоминающее джеты с направлением, не указывающим на Землю, поэтому её ядро первоначально причислили к квазарам.

Впоследствии галактику решили изучить более подробно при помощи телескопов в разных диапазонах: радиочастотном, оптическом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-излучении. В результате в центре галактики был выявлен блазар — объект с сигнатурой джета, направленного прямо на наблюдателя. Учёные также обнаружили две струи вещества, более не связанные с квазаром. Обновлённые данные помогли уточнить оценочный размер галактики, и выяснилось, что это гигант с диаметром в 4 млн световых лет — для сравнения, у нашего Млечного Пути это 100 тыс. световых лет.

Астрономы отметили, что джеты квазаров и ранее меняли направления, но лишь на прямо противоположные друг другу. Смена направления под другим углом обнаружена впервые, а поскольку теперь на пути релятивистской струи частиц оказалась Земля, это привело к изменению классификации объекта. Что вызвало это событие, пока не ясно. Учёные предполагают, что это могло произойти в результате слияния галактик или возобновления активности чёрной дыры после какого-то периода бездействия.