Инструмент MIRI в составе интегрированного модуля научных инструментов JWST (ISIM). MIRI — серебряный элемент слева от ISIM — черная структура (слева). Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) с главным зеркалом диаметром 6,50 м (справа). Фотография предоставлена: НАСА/Центр космических полетов Годдарда/Крис Ганн (МИРИ). НАСА (JWST)
Используя инструмент MIRI на борту космического телескопа Джеймса Уэбба, международная группа ученых впервые обнаружила вспышку среднего инфракрасного диапазона от Стрельца А*, сверхмассивной массивной черной дыры в центре Млечного Пути. В ходе одновременных радионаблюдений команда обнаружила, что радиоаналог вспышки отстает. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.
С начала 1990-х годов ученые активно наблюдают Стрелец А* (Sgr A*) — сверхмассивную черную дыру с массой около 4 миллионов солнечных. Sgr A* регулярно демонстрирует вспышки, которые можно наблюдать на разных длинах волн, что позволяет ученым видеть разные виды одной и той же вспышки и лучше понимать, как она излучает свет и как генерируется излучение. Несмотря на долгую историю успешных наблюдений и даже изображение космического монстра, полученное телескопом Event Horizon в 2022 году, отсутствует важная часть головоломки — наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне (средний ИК-диапазон).
Инфракрасный свет (ИК) — это тип электромагнитного излучения, длина волны которого больше, чем у видимого света, но короче, чем у радиосвета. Средний ИК-диапазон находится в середине инфракрасного спектра и позволяет астрономам наблюдать такие объекты, как вспышки, которые часто трудно наблюдать на других длинах волн из-за непроницаемой пыли. До самого последнего исследования ни одной команде не удалось обнаружить изменчивость Sgr A* в средней инфракрасной области. Это оставляет пробел в понимании учеными того, что вызывает вспышки, и поднимает вопросы о полноте теоретических моделей.
«Вспышка Sgr A* развивается и меняется быстро, в течение нескольких часов, и не все эти изменения видны на каждой длине волны», — говорит Джозеф Майкл, один из ведущих авторов статьи и научный сотрудник Гарвардского университета CfA. «Мы знаем, что происходит в радио и ближнем инфракрасном диапазоне, уже более 20 лет, но связь между ними никогда не была на 100% ясной или достоверной. Это новое наблюдение в среднем инфракрасном диапазоне заполняет этот пробел и соединяет эти два явления».
Ученые не уверены на 100 процентов, что является причиной извержений, поэтому они полагаются на модели и симуляции, которые сравнивают с наблюдениями, чтобы понять, откуда они происходят. Многие модели показывают, что вспышки в Sgr A* вызваны объединением силовых линий магнитного поля в турбулентном аккреционном диске сверхмассивной черной дыры. Когда две линии магнитного поля приближаются друг к другу, они могут соединиться и высвободить большую часть своей энергии.
Побочный продукт этого магнитного пересоединения — синхротронное излучение — возникает, когда энергичные электроны движутся вдоль линий магнитного поля сверхмассивной черной дыры со скоростью, близкой к скорости света. Они испускают фотоны излучения высокой энергии, которые питают вспышку.
Изображения Галактического центра в среднем инфракрасном диапазоне с помощью JWST. Фото предоставлено: arXiv (2025 г.). DOI: 10.48550/arxiv.2501.07415
Поскольку средний ИК-спектральный диапазон находится между субмиллиметровым и ближним инфракрасным диапазоном (NIR), остаются скрытыми секреты роли электронов, которые должны остыть, чтобы высвободить энергию, питающую вспышки. Новые наблюдения согласуются с существующими моделями и моделированием и предоставляют дополнительные убедительные доказательства, подтверждающие теорию о том, что стоит за вспышками.
«Наше исследование предполагает, что может существовать связь между наблюдаемой изменчивостью на миллиметровых длинах волн и наблюдаемым излучением вспышек в среднем инфракрасном диапазоне», — говорит Себастьяно фон Фелленберг, научный сотрудник Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) и ведущий автор исследования. бумага новая бумага.
Он добавляет, что результаты подчеркивают важность расширения многоволновых исследований не только Sgr A*, но и других сверхмассивных черных дыр, таких как M87*, чтобы получить четкое представление о том, что на самом деле происходит внутри и снаружи их аккреционных дисков.
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 ключевых результатах исследований.
«Хотя наши наблюдения показывают, что среднее инфракрасное излучение Sgr A* действительно вызвано синхротронным излучением остывающих электронов, еще многое предстоит понять о магнитном пересоединении и турбулентности в аккреционном диске Sgr A*», — говорит фон Фелленберг. . «Это первое в истории обнаружение в среднем инфракрасном диапазоне и изменчивость, наблюдаемая в SMA, не только заполнили пробел в нашем понимании того, что вызвало всплеск уровня Sgr A*, но и открыли важное новое направление исследований».
Одновременные наблюдения с помощью субмиллиметровой решетки (SMA), ядерного спектроскопического телескопа (NuSTAR) и рентгеновской обсерватории «Чандра» дополнили еще одну часть истории. Во время рентгеновских наблюдений не было обнаружено ни одной вспышки, вероятно, потому, что эта конкретная вспышка не ускоряла электроны до таких высоких энергий, как некоторые другие вспышки. Но команда добилась успеха, когда обратилась к SMA, который обнаружил вспышку миллиметрового диапазона, которая отставала от вспышки среднего инфракрасного диапазона примерно на 10 минут.
«Работа над сокращением и калибровкой данных Джеймса Уэбба – одного из лучших телескопов, которые у нас есть на данный момент – стала для меня мечтой, и я искренне благодарен за великолепное наставничество со стороны Себастьяно фон Фелленберга и Гюнтера Витцеля. «Я с нетерпением жду продолжения работы в этой области и получения докторской степени после окончания учебы в этом году», — говорит Тамоджит Ройчоудхури, в настоящее время студент Индийского технологического института в Бомбее.
«Мы создаем все более подробную картину процессов, происходящих в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры. Качество наших данных в среднем инфракрасном диапазоне является еще одним свидетельством огромных технических возможностей космического телескопа Джеймса Уэбба», — заключает Витцель. научный сотрудник МПифР.
Информация от: Обществом Макса Планка.
