1055
Уявіть собі струмінь матерії, що, здається, летить у пʼять разів швидше за світло. Саме так виглядає реактивний викид від надмасивної чорної діри M87* у нових рентгенівських даних, отриманих космічним телескопом Chandra. Про це розповідає матеріал Space Astronomy. І хоча реальну межу швидкості ніхто не порушує, сама ілюзія «надсвітлового» руху показує, наскільки екстремальними є ці космічні явища.
Що відомо коротко
- Чорна діра M87* у центрі галактики Мессьє 87 стала першою чорною дірою, чию «тінь» людство побачило у 2019 році.
- Вона розташована приблизно за 55 мільйонів світлових років від Землі та має масу близько 6,5 мільярда сонячних мас.
- M87* поглинає газ і пил, частину яких викидає у вигляді потужних реактивних струменів, що тягнуться на <strongтисячі світлових років.
- Раніше ці струмені бачили в оптичному, інфрачервоному та радіодіапазонах, а тепер Chandra дав найдетальніше рентгенівське зображення струменя.
- У нових даних окремі структури виглядають так, ніби рухаються з швидкістю, у пʼять разів більшою за швидкість світла, що пояснюється оптичною ілюзією «суперсвітлового руху».
Як чорна діра створює струмінь, що «обманює» світло
M87* — це надмасивна чорна діра в центрі еліптичної галактики Мессьє 87. Вона жадібно затягує в себе навколишній газ і пил. Частина цієї матерії не падає прямо всередину, а закручується в диск навколо горизонту подій, де розганяється до величезних швидкостей і нагрівається до екстремальних температур.
Частина заряджених частинок у цьому диску спрямовується до полюсів чорної діри та викидається назовні вздовж потужних магнітних полів. Так народжуються реактивні струмені — вузькі «космічні прожектори», що простягаються на тисячі світлових років. Усередині них частинки летять майже зі швидкістю світла.
Коли такий струмінь спрямований приблизно у наш бік, виникає оптичний ефект, який астрономи називають надсвітловим (суперсвітловим) рухом. Через поєднання справді величезної, але все ж менше за світло, швидкості та кута, під яким ми спостерігаємо струмінь, нам здається, що окремі «згустки» в ньому рухаються швидше, ніж світло. Насправді ж це лише ілюзія перспективи, а фундаментальні закони фізики залишаються непорушними.
Що показали спостереження Chandra
Реактивні струмені від M87* астрономи бачили й раніше, але здебільшого в оптичному та інфрачервоному світлі, а також у радіодіапазоні. Цього разу дослідники використали рентгенівську обсерваторію Chandra, щоб зазирнути в найенергійніші області струменя, де частинки мають найвищі енергії.
Завдяки поєднанню спостережень, що тривали понад десятиріччя, команда змогла простежити, як змінюється струмінь з часом. За словами керівниці дослідження, докторантки Лавальського університету Камі́ль Пуатрас (Camille Poitras), структури, які раніше зливалися докупи, тепер вдалося розділити й побачити окремо. Це дозволило детально відстежити еволюцію струменя протягом більш ніж десяти років спостережень.
У рентгенівському діапазоні астрономи виявили складний, динамічний потік матерії в струмені. Деякі його ділянки, за виміряними зсувами, виглядають так, ніби рухаються у пʼять разів швидше за світло. Хоча це й неможливо фізично, такий вимір — ключ до розуміння реальних, майже світлових швидкостей частинок і геометрії самого струменя.
Член команди Герріт Шелленбергер (Gerrit Schellenberger) з Центру астрофізики Гарвард–Смітсонівського пояснює, що результати демонструють унікальну здатність Chandra відстежувати еволюцію екстремальних явищ на довгих часових проміжках. Це дозволяє простежити, як енергія, вивільнена поруч із чорною дірою, проходить по струменю та зрештою передається навколишній галактиці.
Робота команди була представлена на 248-му засіданні Американського астрономічного товариства, а також опублікована у вигляді препринта на сервісі arXiv.
Навіщо нам знати, як «дихає» струмінь M87*
Реактивні струмені надмасивних чорних дір — це не просто ефектний «супутній продукт» їхньої роботи. Через них чорні діри повертають величезні порції енергії назад у свою галактику. Це може нагрівати навколишній газ, змінювати швидкість утворення зірок і навіть впливати на форму та еволюцію всієї галактики.
Рентгенівські спостереження M87* допомагають зрозуміти, як саме частинки в струмені розганяються до таких колосальних швидкостей і енергій. По суті, це природний прискорювач частинок, у рази потужніший за будь-який земний колайдер. Вивчаючи його, астрономи отримують підказки про фізику в екстремальних умовах, недосяжних у лабораторії.
Крім того, M87* — своєрідний «еталон» серед чорних дір: перша, чию тінь ми побачили на знімку, і одна з найкраще вивчених. Кожен новий погляд на її струмінь, особливо в рентгенівському діапазоні, додає деталі до картини того, як надмасивні чорні діри взаємодіють зі своїм космічним оточенням.
Цікаві факти
M87* стала першою в історії чорною дірою, яку людство побачило «на фото» — зображення її тіні оприлюднили у 2019 році.
Реактивний струмінь M87* простягається на тисячі світлових років, тобто на відстані, більші за розміри багатьох галактик-карликів.
Надсвітловий рух у струменях — добре відомий астрономам ефект, але нові вимірювання для M87* стали одними з найбільш вражаючих за масштабом і деталізацією.
FAQ
Чи означає «пʼятикратна» швидкість світла, що фізика Ейнштейна помиляється?
Ні. Насправді жодна частинка не перевищує швидкість світла. «Пʼять разів швидше» — це видима, а не реальна швидкість, зумовлена геометрією струменя та тим, що частинки рухаються майже зі швидкістю світла в напрямку до нас. Теорія відносності Ейнштейна при цьому повністю зберігає силу.
Чому рентгенівські спостереження такі важливі для вивчення струменів?
Рентгенівське випромінювання походить від найенергійніших частинок та найгарячіших регіонів струменя. Воно дозволяє бачити процеси прискорення частинок там, де їхня енергія максимальна, і простежити, як ця енергія переноситься на великі відстані. Інші діапазони дають іншу, більш «мʼяку» картину.
Чи можна спостерігати струмінь M87* з Землі в оптичний телескоп?
Для професійних телескопів струмінь M87* в оптичному діапазоні доступний, але це обʼєкт далекий і тьмяний. Аматорськими телескопами побачити сам струмінь практично неможливо, хоча саму галактику Мессьє 87 в сузірʼї Діви спостерігають доволі часто.
Чим ці результати відрізняються від знаменитого знімка тіні M87*?
Знімок тіні чорної діри від телескопа Event Horizon показує область дуже близько до горизонту подій — буквально «край прірви». Нові дані Chandra натомість фокусуються на струмені, який простягається далеко за межі цієї зони. Разом ці спостереження складають ціліснішу картину того, як чорна діра впливає як на найближчий простір, так і на всю галактику.
У маленькому яскравому струмені світла, що виривається з центру далекої галактики, ми бачимо не порушення законів фізики, а їхню найвищу майстерність — надмасивна чорна діра M87* перетворює навколишню матерію на космічний маяк, який одночасно обманює наш зір і відкриває нам найглибші закони Всесвіту.
Струмінь від чорної діри M87* «рухається» швидше світла з’явилася спочатку на Цікавості.
