Поедает, выплевывает. Ученые обнаружили новую угрозу в центре Галактики

Первые доказательства того, что посреди большинства галактик находятся сверхмассивные черные дыры, предоставили ровно пять лет назад. Теперь есть еще более детальные изображения — из Млечного Пути. Что известно об активных галактических центрах — в материале .

Глаз размером с планету

Черные дыры предсказала общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Их определяющая особенность — горизонт событий, который не могут преодолеть даже кванты света. Настолько велико гравитационное притяжение этой области пространства-времени.

Образуются эти объекты при слиянии крупных звезд или коллапсировании газо-пылевых облаков. Есть небольшие, массой менее ста наших Солнц, а есть сверхмассивные — как миллионы и миллиарды Солнц. По одной из гипотез, при рождении Вселенной образовались первичные черные дыры размером с планету. Возможно, такие сохранились до наших дней.

В 1975-м советский астрофизик Иосиф Шкловский предположил, что в центре нашей Галактики находится черная дыра массой 30 тысяч Солнц. Ее излучение — не тепловое, а, скорее всего, синхротронное, которое испускают заряженные частицы, разогнанные в магнитном поле до субсветовой скорости. Его обнаружили в ускорителях в 1940-х.

Гипотеза Шкловского подтвердилась — он ошибся лишь с массой, недооценив черную дыру на два порядка.

До сих пор доказательства ее существования были убедительными, но косвенными. В 2020-м трем ученым — теоретику Роджеру Пенроузу, астрономам Райнхарду Генцелю и Андреа Гез — вручили за них Нобелевскую премию.

Для прямого наблюдения нужны очень мощные инструменты. В России в 2011-м на орбиту запустили радиотелескоп "Радиоастрон". Совместно с наземными радиообсерваториями он образовал крупнейший по тем временам интерферометр со сверхдлинной базой. Это еще одно изобретение советских ученых. Интерферометр — это сеть одинаковых антенн, расположенных в десятках километров друг от друга и даже на разных континентах. Одновременное наблюдение определенного, очень далекого, космического объекта превращает такую сеть в один большой радиотелескоп.

Сейчас на Земле несколько подобных интерферометров. Один из них — Телескоп горизонта событий (ТГС) — размером с нашу планету. В 2019-м работающие на нем ученые сообщили о реконструкции изображения сверхмассивной черной дыры в эллиптической галактике M87* — в 54 миллионах световых лет от Земли в созвездии Девы. Эта галактика в 1500 раз больше Млечного Пути, ее видно даже в обычный телескоп. А в центре — черная дыра в 6,5 миллиарда солнечных масс.

Наблюдать Стрельца А* (Sgr A*) в нашей Галактике гораздо труднее из-за застилающих его облаков межзвездного газа. Понадобилось еще несколько лет сбора данных, чтобы в 2022-м представить очень усредненные изображения центра Млечного Пути.

Детали прояснились

Светящиеся оранжевые кольца на снимках ТГС, похожие на око Саурона из "Властелина колец", теперь известны всему миру. Их размеры и форма с хорошей точностью предсказаны общей теорией относительности. Раньше астрономы лишь наблюдали звезды, движущиеся вокруг невидимого компактного объекта в центре Млечного Пути. Теперь они увидели, как он выглядит. Темное пятно в центре — тень черной дыры, откуда не поступает свет. Она окружена кольцом яркого излучения, порожденного гравитационными силами.

Значительная часть собираемого излучения — поляризована (это заметили давно). Это поможет лучше понять физику галактических центров, в частности, исследовать магнитные поля вокруг черных дыр. В 2021-м та же коллаборация опубликовала изображения магнитосферы M87, а на днях — Млечного Пути.

"Эти снимки помогут объяснить, как магнитные поля стягивают к себе вещество и выбрасывают часть в виде джетов", — отмечал Эндрю Чэл из Принстонского центра теоретических исследований при NASA.

Джеты — это струи энергии из окрестностей черной дыры. У них релятивистские скорости. Как именно они возникают — до конца не понятно. Ясно только, что часть вещества каким-то образом ускользает от их гравитации. По оценкам, джеты из центра M87 растягиваются на пять тысяч световых лет — это превышает размер галактики. Изображение магнитных полей дает подсказку. Эти поля настолько сильные, что способны откинуть часть вещества от черной дыры и раскрутить частицы до световых скоростей.

"Благодаря поляризованному свету мы гораздо больше узнаем об астрофизике, свойствах газа и механизме "питания" черной дыры", — уточняет соавтор работы Анджело Рикарте из Гарварда.

Изображения магнитосферы вокруг M87* и Стрельца А* очень похожи, что указывает на близость процессов, которые там протекают, в частности, формирование джетов. Возможно, они есть и у черной дыры в центре Млечного Пути, только их пока не удалось зарегистрировать.