С помощью высококонтрастного изображения обнаружена неизвестная структура в галактике

С помощью высококонтрастного изображения обнаружена неизвестная структура в галактике

В результате достижения высокого динамического диапазона съемки группа астрономов из Японии впервые обнаружила слабое радиоизлучение, охватывающее гигантскую галактику с энергичной черной дырой в центре. Радиоизлучение исходит из газа, созданного непосредственно центральной черной дырой.

3C273, находящийся на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли, является квазаром. Квазар - это ядро галактики, в центре которой, как считается, находится массивная черная дыра, поглощающая окружающее вещество и испускающая огромное излучение. Вопреки своему скромному названию, 3C273 - первый из когда-либо обнаруженных квазаров, самый яркий и наиболее изученный. Это один из наиболее часто наблюдаемых телескопами источников, поскольку его можно использовать в качестве стандарта положения на небе: другими словами, 3C273 - это радиомаяк.

Когда вы видите свет фар автомобиля, ослепительная яркость мешает разглядеть более темное окружение. То же самое происходит и с телескопами, когда вы наблюдаете яркие объекты. Динамический диапазон - это контраст между самыми яркими и самыми темными тонами изображения. Вам нужен высокий динамический диапазон, чтобы в одном снимке телескопа были видны как яркие, так и темные детали. ALMA может регулярно достигать динамического диапазона изображения примерно до 100, но коммерчески доступные цифровые камеры обычно имеют динамический диапазон в несколько тысяч. Радиотелескопы не очень хорошо видят объекты со значительным контрастом.

Квазар 3C273 известен уже несколько десятилетий как самый знаменитый, но все знания были сосредоточены на его ярком центральном ядре, откуда исходит большинство радиоволн. Однако о самой галактике-хозяине было известно гораздо меньше, поскольку сочетание тусклой и диффузной галактики с ядром 3C273 требует весьма высокого динамического диапазона для обнаружения. Для уменьшения утечки радиоволн от 3C273 к галактике исследовательская группа использовала метод, называемый самокалибровкой. Они достигли динамического диапазона изображения 85000, что является рекордом ALMA для внегалактических объектов.

В результате достижения высокого динамического диапазона изображения команда обнаружила слабое радиоизлучение, простирающееся на десятки тысяч световых лет над галактикой-хозяином 3C273. Радиоизлучение вокруг квазаров обычно свидетельствует о синхротронном излучении, которое исходит от высокоэнергетических событий, таких как всплески звездообразования или сверхбыстрые струи, исходящие из центрального ядра. Синхротронная струя существует и в 3C273, она видна в правом нижнем углу изображения. Важной характеристикой синхротронного излучения является то, что его яркость меняется в зависимости от частоты, но слабое радиоизлучение, обнаруженное командой, имеет постоянную яркость независимо от частоты радиоизлучения. Рассмотрев альтернативные механизмы, команда пришла к выводу, что это слабое и протяженное радиоизлучение исходит от водородного газа в галактике, получающего энергию непосредственно от ядра 3C273. Это первый случай, когда радиоволны от такого механизма распространяются на десятки тысяч световых лет в галактике-хозяине квазара. Астрономы десятилетиями не замечали такого явления в этом легендарном космическом маяке.

Почему же это открытие так важно? В галактической астрономии остается большой загадкой, может ли энергия ядра квазара быть достаточно сильной, чтобы лишить галактику способности образовывать звезды. Слабое радиоизлучение может помочь решить эту проблему. Водородный газ является необходимым ингредиентом для создания звезд, но если на него светит такой интенсивный свет, что газ разбирается на части (ионизируется), звезды не могут родиться. Чтобы изучить, происходит ли этот процесс вокруг квазаров, астрономы использовали оптический свет, излучаемый ионизированным газом. Проблема работы с оптическим светом заключается в том, что космическая пыль поглощает свет на пути к телескопу, поэтому трудно определить, сколько света испускает газ.

Кроме того, механизм, ответственный за испускание оптического света, сложен, что заставляет астрономов делать множество предположений. Радиоволны, обнаруженные в данном исследовании, исходят от того же газа благодаря простым процессам и не поглощаются пылью. Использование радиоволн значительно упрощает измерение ионизированного газа, созданного ядром 3C273. В этом исследовании астрономы обнаружили, что не менее 7% света от 3C273 поглощается газом во вмещающей галактике, создавая ионизированный газ массой в 10-100 миллиардов раз больше солнечной. Однако в 3C273 было много газа непосредственно перед образованием звезд, поэтому в целом не похоже, что звездообразование сильно подавлялось ядром.