Астрономы получили беспрецедентно детальное изображение джета вещества, исходящего из активного ядра галактики PKS 1424+240, и тем самым смогли объяснить загадочную природу её рекордно яркого излучения в гамма-диапазоне и потоков космических нейтрино. Этот объект относится к классу блазаров — галактик, в центре которых сверхмассивная чёрная дыра активно поглощает вещество и выбрасывает релятивистские джеты.

PKS 1424+240, находящийся на расстоянии миллиардов световых лет, долго оставался астрономической загадкой. Он был самым ярким известным источником нейтрино среди блазаров, зарегистрированных обсерваторией IceCube, и одновременно излучал в очень высокоэнергетических гамма-лучах, наблюдаемых наземными черенковскими телескопами. При этом радиоизмерения показывали, что его джет движется на видимых масштабах медленно — что противоречило ожиданиям, ведь столь мощное излучение связывали обычно с быстро движущимися джетами.

Иллюстрация: NSF / AUI / NRAO / B. Saxton / Y.Y. Kovalev et al.

Решение этой головоломки принёс анализ 15 лет наблюдений на радиоинтерферометре сверхдлинной базы VLBA (Very Long Baseline Array), который позволяет достигать беспрецедентного углового разрешения. Объединённые данные раскрыли уникальную структуру магнитного поля вблизи основания джета. Оказалось, что джет PKS 1424+240 практически идеально совмещён с направлением на Землю. Благодаря этому яркость излучения возрастает в 30 и более раз из-за релятивистского эффекта — особой формы «оптической иллюзии», предсказанной теорией относительности. При этом кажущееся замедление движения джета — тоже эффект проекции: плазма мчится почти со скоростью света, но для наблюдателя кажется медленной.

Такое точное «попадание» направления джета позволило исследователям заглянуть в его глубь. Анализ поляризованного радиоизлучения показал, что магнитное поле имеет закрученную (тороидальную) структуру. Это ключевой фактор, позволяющий запускать и удерживать узкий поток плазмы, а также разгонять частицы до энергий, достаточных для рождения гамма-лучей и нейтрино.

По словам Юрия Ковалёва, руководителя проекта MuSES в Институте радиоастрономии Макса Планка (Германия), разгадка этой головоломки подтверждает, что активные ядра галактик со сверхмассивными чёрными дырами способны ускорять не только электроны, но и протоны — источник зарегистрированных высокоэнергичных нейтрино. Это важное звено в цепочке «многослойной» астрономии, где объекты изучают одновременно в разных диапазонах — от радио до нейтрино.

Работа стала частью долгосрочной программы MOJAVE, в рамках которой с начала 2000-х годов ведётся мониторинг релятивистских джетов активных галактик. Метод сверхдлиннобазовой интерферометрии (VLBI), соединяющий радиотелескопы по всему миру в виртуальный инструмент размером с Землю, даёт высочайшее доступное в астрономии разрешение и позволяет изучать мельчайшие детали далёких космических ускорителей.

Подробнее на iXBT