Международная группа астрономов обнаружила необычный релятивистский джет в активной галактике Маркарян 110 (Mrk 110), расположенной в 470 миллионах световых лет от Земли. Используя метод интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI), учёные зафиксировали струю плазмы, движущуюся с кажущейся сверхсветовой скоростью — одной из самых высоких среди радиотихих галактик. Исследование, опубликованное на портале arXiv, проливает свет на природу таких галактик и механизмы формирования джетов. Рассказываем, что удалось узнать и почему это важно.

Что такое релятивистский джет?

Релятивистские джеты — это узкие потоки ионизированной плазмы, выбрасываемые из окрестностей сверхмассивных чёрных дыр в центрах активных галактик, таких как квазары, блазары или сейфертовские галактики. Эти струи разгоняются до скоростей, близких к скорости света (до 99% c), благодаря взаимодействию магнитных полей с аккреционным диском — вращающимся кольцом вещества вокруг чёрной дыры.

Особенностью джетов является кажущаяся сверхсветовая скорость, которая возникает из-за релятивистских эффектов. Когда джет направлен почти точно на наблюдателя, свет от его передних частей достигает нас раньше, создавая иллюзию движения быстрее света. Этот эффект, впервые объяснённый Мартином Рисом в 1966 году, не нарушает теорию относительности.

Маркарян 110: Необычная радиотихая галактика

Маркарян 110 — это сейфертовская галактика типа 1 с узкими линиями (NLS1), расположенная в созвездии Волосы Вероники на расстоянии 470 миллионов световых лет (красное смещение z = 0,035). Такие галактики характеризуются:

  • Узкими линиями Бальмера в спектре, указывающими на высокую активность ядра.
  • Сильным излучением ионизированного железа.
  • Экстремальной рентгеновской активностью, связанной с аккрецией вещества на сверхмассивную чёрную дыру.
  • Нерегулярной морфологией, что может быть следствием недавнего слияния или столкновения галактик.

Mrk 110 классифицируется как радиотихая галактика, то есть её радиоизлучение обычно слабое по сравнению с радиогромкими объектами, такими как блазары или радиогалактики. Однако новые наблюдения показали, что в её ядре происходит мощная струйная активность, что делает её уникальным объектом для изучения.

Как проводилось исследование?

Учёные использовали интерферометрию со сверхдлинной базой (VLBI) — метод, объединяющий данные с нескольких радиотелескопов, расположенных на больших расстояниях, для получения изображений с высоким разрешением. Наблюдения проводились на частотах 1,6 ГГц, 4,7 ГГц, 4,9 ГГц и 7,6 ГГц, что позволило детально изучить структуру джета в Mrk 110.

Данные собирались в два периода:

  • 2015–2016 годы: Зафиксирован выброс джета в северо-западном направлении.
  • 2022 год и позднее: Обнаружен новый эпизод струйной активности.

Главные открытия

  1. Кажущаяся сверхсветовая скорость:
    • Джет в Mrk 110 движется с кажущейся скоростью, превышающей скорость света, что делает его одним из самых быстрых среди радиотихих галактик. Это объясняется релятивистским эффектом доплеровского усиления и близкой ориентацией джета к линии наблюдения.
  2. Прерывистая активность:
    • Джет проявляет эпизодическую активность: выбросы фиксировались в 2015–2016 годах, а затем возобновились в 2022 году. Это может быть связано с нестабильной аккрецией вещества на чёрную дыру.
  3. Замедление джета:
    • На расстоянии 10–20 световых лет от ядра галактики джет резко теряет скорость. Это замедление связано с взаимодействием плазмы с межзвёздной средой, вызывающим ударные волны.
  4. Изменение спектра:
    • Спектр джета меняется от крутого (характерного для молодых струй с высокой энергией) до инвертированного, что соответствует самопоглощающемуся синхротронному излучению. Это излучение возникает, когда электроны в магнитных полях теряют энергию, излучая радиоволны.
  5. Радиотихая, но активная:
    • Несмотря на статус радиотихой галактики, Mrk 110 демонстрирует мощную струйную активность, что ставит под вопрос традиционную классификацию таких объектов.

Почему это важно?

Открытие джета в Маркарян 110 имеет ключевое значение для астрофизики:

  • Понимание радиотихих галактик: Наблюдения показывают, что даже галактики с низким радиоизлучением могут обладать активными джетами. Это заставляет пересмотреть механизмы их формирования и классификацию активных ядер галактик (AGN).
  • Механизмы джетов: Изучение замедления и спектральных изменений помогает понять, как релятивистские струи взаимодействуют с окружающей средой и как магнитные поля ускоряют частицы до околосветовых скоростей.
  • Эволюция галактик: Нерегулярная морфология Mrk 110 указывает на возможное слияние, которое могло активировать чёрную дыру. Джеты могут играть роль в регулировании звездообразования, выбрасывая энергию в межгалактическую среду.
  • Космологические исследования: Дальнейшие наблюдения помогут определить, насколько распространены подобные джеты в радиотихих галактиках, и уточнить модели аккреции вещества на сверхмассивные чёрные дыры.

Что дальше?

Учёные планируют продолжить наблюдения Mrk 110 с помощью VLBI и других инструментов, таких как телескопы Chandra (рентген) и Hubble (оптика), чтобы:

  • Уточнить структуру и динамику джета на разных масштабах.
  • Изучить связь между струйной активностью и возможным слиянием галактик.
  • Сравнить Mrk 110 с другими радиотихими NLS1-галактиками, чтобы понять, является ли такая активность исключением или правилом.

Также ожидается, что будущие миссии, такие как Square Kilometre Array (SKA), предоставят ещё более детальные данные о релятивистских джетах в радиотихих галактиках.

Связь с другими исследованиями

Открытие перекликается с другими недавними работами:

  • В галактике 3C 111 (640 млн световых лет) VLBI-наблюдения выявили магнитные «нити» в джете, подтверждающие роль магнитных полей в ускорении плазмы.
  • В Маркарян 231 (580 млн световых лет) найдены молекулы кислорода, что указывает на интенсивное звездообразование в активных галактиках.
  • Исследования MAXI J1820+070 показали сверхсветовые джеты в рентгеновских двойных системах, где замедление также связано с ударными волнами.

Эти данные подтверждают, что релятивистские джеты — универсальное явление, связывающее чёрные дыры разной массы и масштаба.