Кривая блеска гамма-всплеска (внизу) и коллекция квазимоделированных изображений струи M87 (вверху) в различных масштабах, полученных в радио- и рентгеновских лучах во время кампании 2018 года. Прибор, диапазон наблюдения длины волны и масштаб показаны в левом верхнем углу каждого изображения. Изображения предоставлены: сотрудничество EHT, сотрудничество Fermi-LAT, сотрудничество HESS, сотрудничество MAGIC, сотрудничество VERITAS, сотрудничество EAVN
M87, также известная как Дева A или NGC 4486, является самым ярким объектом в скоплении галактик Девы, крупнейшем типе гравитационно-связанной структуры во Вселенной. Он получил известность в апреле 2019 года после того, как ученые EHT опубликовали первое изображение черной дыры в ее центре.
В исследовании, опубликованном в журнале Astronomy and Astrophysicals под руководством Рабочей группы EHT по многоволновым диапазонам, представлены данные второй кампании наблюдений EHT, проведенной в апреле 2018 года с участием более 25 наземных и орбитальных телескопов.
Авторы сообщают о первом за более чем десятилетие наблюдении высокоэнергетического гамма-всплеска от сверхмассивной черной дыры M87, основываясь на почти одновременных спектрах галактики, которые охватывают самый широкий диапазон длин волн, когда-либо собранный.
«Нам посчастливилось обнаружить гамма-всплеск от M87 во время многоволновой кампании этого телескопа горизонта событий», — говорит Джакомо Принсипи, один из координаторов статьи и исследователь в Университете Триеста, связанный с INAF и INFN.
«Это первая вспышка гамма-излучения, наблюдаемая в этом источнике более чем за десять лет, и позволяет нам точно определить размер области, ответственной за наблюдаемое гамма-излучение. Наблюдения – как текущие с помощью более чувствительной установки EHT, так и исследования, запланированные на ближайшие годы – предоставят неоценимую информацию и исключительную возможность изучить физику, окружающую сверхмассивную черную дыру M87.
«Эта работа обещает пролить свет на связь диска и струи и раскрыть происхождение и механизмы эмиссии гамма-фотонов».
Релятивистская струя, изученная исследователями, удивительна по своей величине, достигая размеров, превышающих горизонт событий черной дыры в десятки миллионов раз (семь порядков), что сравнимо с разницей между размером бактерии и крупнейшей из известных синих дыр. кит.
Высокоэнергетический всплеск, продолжавшийся около трёх дней и указывающий на область излучения размером менее трёх световых дней (~170 а.е., где 1 астрономическая единица — расстояние от Солнца до Земли), продемонстрировал яркую вспышку высокоэнергетического излучения. излучение — значительно выше этой энергии, обычно измеряемой радиотелескопами в районе черной дыры.
«Активность этой сверхмассивной черной дыры крайне непредсказуема — трудно предсказать, когда произойдет извержение. Контрастные данные за 2017 и 2018 годы, представляющие фазы покоя и активности соответственно, дают решающую информацию о расшифровке цикла активности этой «загадочной черной дыры», говорит Кадзухиро Хада из Городского университета Нагои, который руководил радионаблюдениями и анализом этой «загадочной черной дыры». возглавил многоволновую кампанию.
«Длительность вспышки примерно соответствует размеру эмиссионной области. Быстрая изменчивость гамма-лучей предполагает, что область вспышки чрезвычайно мала, всего примерно в десять раз больше размера центральной черной дыры», — объясняет Дэниел Мазин из Института исследования космических лучей Токийского университета, член команды телескопа MAGIC. , который обнаружил гамма-всплеск.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«Интересно, что сильная изменчивость, наблюдаемая с гамма-лучами, не была обнаружена на других длинах волн. Это говорит о том, что область вспышки имеет сложную структуру и разные свойства в зависимости от длины волны».
Обсерватории и телескопы, принимавшие участие в многодиапазонной кампании 2018 года по обнаружению высокоэнергетического гамма-всплеска черной дыры M87*. Изображения предоставлены: сотрудничество EHT, сотрудничество Fermi-LAT, сотрудничество HESS, сотрудничество MAGIC, сотрудничество VERITAS, сотрудничество EAVN
Во второй EHT и многоволновой кампании в 2018 году было задействовано более двух десятков высококлассных наблюдательных объектов, в том числе телескопы НАСА Fermi-LAT, HST, NuSTAR, Chandra и Swift, а также три крупнейших в мире черенковских телескопа для получения изображений атмосферы (HESS). , МАГИЯ и ВЕРИТАС).
Эти обсерватории чувствительны к рентгеновским фотонам, а также к гамма-лучам высокой и очень высокой энергии (VHE). В ходе кампании прибор LAT на борту космической обсерватории Ферми обнаружил увеличение потока высокоэнергетического гамма-излучения, энергия которого в миллиарды раз превышает энергию видимого света.
Затем Чандра и NuSTAR собрали высококачественные данные в рентгеновском диапазоне. Радионаблюдения Восточно-Азиатской сети VLBI (EAVN) показывают явное ежегодное изменение угла положения джета в пределах нескольких угловых микросекунд от ядра галактики.
«Объединив информацию об изменении направления луча, распределении яркости кольца, наблюдаемого с помощью EHT, и активности гамма-лучей, мы можем лучше понять механизмы формирования излучения очень высокой энергии», — говорит Мотоки Кино. в Университете Когакуин, координатор EAVN – Наблюдения во время кампании.
Данные также показывают значительные различия в позиционном угле асимметрии кольца (так называемый горизонт событий черной дыры) и положении джета, что позволяет предположить физическую взаимосвязь между этими структурами в самых разных масштабах.
Исследователь поясняет: «На первом изображении, сделанном во время кампании наблюдения 2018 года, можно было увидеть, что излучение не было однородным вдоль кольца и поэтому появились асимметрии (то есть более яркие области). Последующие наблюдения, проведенные в 2018 году и связанные с этой работой, подтвердили это». Данные показывают, что позиционный угол асимметрии изменился.
Команда также сравнила наблюдаемые широкополосные многоволновые спектры с теоретическими моделями излучения.
«Вспышка 2018 года показала особенно сильное усиление гамма-излучения. Вполне возможно, что частицы сверхвысоких энергий испытали дополнительное ускорение в той же области излучения, что наблюдалось в спокойных состояниях, или что новое ускорение произошло в другой области излучения», — говорит Томохиса Кавасима из Института исследования космических лучей, который провел моделирование. с помощью суперкомпьютера, который был установлен в Национальной астрономической обсерватории Японии.
«Как и где ускоряются частицы в струях сверхмассивных черных дыр, остается давней загадкой. Впервые мы можем объединить прямые изображения близлежащих областей горизонта событий во время гамма-всплесков от событий ускорения частиц и проверить теории о происхождении вспышек», — говорит Сера Маркофф, профессор Амстердамского университета и соавтор исследования. изучать.
Это открытие открывает путь для стимулирования будущих исследований и потенциальных прорывов в понимании Вселенной.
Информация от: Городским университетом Нагои.
