Джет чёрной дыры, направленный почти прямо на Землю, подтверждён как первый микроблазар Млечного Пути

Астрономы подтвердили то, что искали десятилетиями: первый известный микроблазар в Млечном Пути. Объект, известный как IRAS 18293−0941, находится примерно в 12 000 световых лет от Земли и содержит чёрную дыру массой примерно в десять раз больше Солнца. Что делает его таким необычным — направление джета, вырывающегося из этой чёрной дыры. Одна сторона направлена почти прямо на Землю, давая астрономам редкий вид на одну из самых экстремальных сред в нашей галактике.

Микроблазар — это, по сути, меньшая версия блазара. Блазары находятся далеко за пределами Млечного Пути и питаются огромными чёрными дырами в центрах далёких галактик. Эти чёрные дыры выбрасывают узкие джеты материала в космос со скоростью, близкой к скорости света. Когда один из этих джетов случайно направлен на Землю, объект кажется гораздо ярче, потому что его излучение направлено почти прямо на нас. Астрономы давно полагали, что меньшие версии должны существовать вокруг чёрных дыр звёздной массы внутри нашей галактики, но найти ясный пример оказалось чрезвычайно трудно.

IRAS 18293−0941 теперь, по-видимому, соответствует этому описанию. Система содержит чёрную дыру звёздной массы, обращающуюся вокруг массивной звезды-компаньона, причём два объекта совершают оборот примерно каждые 11 дней. Материал, притягиваемый к чёрной дыре, становится невероятно горячим, прежде чем часть его направляется в два узких джета, движущихся со скоростью около трёх четвертей скорости света. Один джет движется примерно к нам, другой — в противоположном направлении.

Это выравнивание — одна из главных причин, по которой система выделилась. Радиотелескопы обнаружили сильно односторонний джет, причём сторона, направленная ближе к Земле, кажется гораздо ярче. Это происходит потому, что материал, движущийся к нам с чрезвычайно высокой скоростью, получает усиление излучения, тогда как джет, движущийся прочь, кажется гораздо более тусклым. Эффект хорошо известен в далёких блазарах, но увидеть его так ясно в системе звёздного масштаба внутри Млечного Пути — это то, что делает это открытие таким важным.

Астрономы также обнаружили, что система, вероятно, рассматривается почти лицом, а не сбоку. Наблюдения звезды-компаньона позволяют предположить, что орбита наклонена не более чем примерно на 30 градусов от нашей линии зрения. Если джеты запускаются примерно под прямым углом к этой орбите, это означает, что один из них действительно направлен близко к Земле. Нет никаких предположений, что джет представляет для нас опасность. Его важность в том, что астрономы теперь могут изучать этот тип джета чёрной дыры под углом обзора, который значительно увеличивает то, что происходит.

Сама система на самом деле известна десятилетиями, но её истинная природа оставалась скрытой. IRAS 18293−0941 был впервые обнаружен в инфракрасных наблюдениях в 1980-х годах и находится за густыми облаками пыли в Млечном Пути. Эта пыль затрудняет ясное видение в обычном видимом свете, что может объяснить, почему такой необычный объект оставался неузнанным так долго. Более поздние радио-, инфракрасные и оптические наблюдения теперь позволили астрономам собрать воедино то, что там на самом деле находится.

Чёрная дыра — не единственная часть открытия, привлёкшая внимание. Джет, движущийся прочь от Земли, по-видимому, продолжается на огромное расстояние, прежде чем врезаться в плотное облако газа и пыли в межзвёздном пространстве. Исследователи оценивают, что это взаимодействие происходит примерно в 100 световых годах от центральной системы с чёрной дырой. В этой точке джет, по-видимому, производит яркую область, заполненную ударным газом, радиоизлучением и нагретым материалом.

Это столкновение может создавать один из самых экстремальных природных ускорителей частиц в Млечном Пути. Когда джет врезается в молекулярное облако, частицы могут ускоряться до энергий, измеряемых в петаэлектронвольтах. Это необычайные энергии, далеко за пределами того, что можно произвести для отдельных частиц внутри Большого адронного коллайдера. Исследователи считают, что область потенциально может ускорять частицы примерно до 100 раз больше энергий, достигаемых самым мощным созданным человеком ускорителем частиц.

Это поднимает возможность того, что IRAS 18293−0941 может быть галактическим PeVatron. PeVatron — это природный источник, способный ускорять частицы до энергий около одного квадриллиона электронвольт. Учёные пытались определить, где именно создаются эти частицы, потому что они связаны с некоторым из самых энергичных излучений, обнаруженных где-либо в галактике.

В том же общем районе неба уже есть источник гамма-излучения ультравысокой энергии, известный как LHAASO J1831−1007u*. Исследователи говорят, что джет чёрной дыры и его столкновение с молекулярным облаком могут быть связаны с этим гамма-излучением. Идея в том, что частицы, ускоренные джетом, врезаются в материал внутри облака и производят чрезвычайно энергичные гамма-лучи, которые затем можно обнаружить с Земли.

Эта связь ещё не подтверждена. В регионе есть другие объекты, которые также могут вносить вклад в гамма-излучение, поэтому астрономы пока не могут сказать, что этот микроблазар определённо ответственен за него. Что они могут сказать, так это то, что положение, энергия и физические условия вокруг джета делают связь возможной и достойной дальнейшего изучения.

Открытие даёт астрономам то, чего они хотели годами: близкую лабораторию для изучения той же физики, обычно наблюдаемой вокруг гигантских чёрных дыр в далёких галактиках. Вместо того чтобы смотреть сквозь миллиарды световых лет, они теперь могут изучать аналогичный процесс, происходящий внутри Млечного Пути вокруг чёрной дыры всего в несколько раз массивнее Солнца.

Это также позволяет исследователям изучать то, что происходит на обоих концах системы. Вблизи чёрной дыры материя притягивается, нагревается и выбрасывается обратно в джетах, движущихся с огромной скоростью. Вдали тот же джет, по-видимому, сталкивается с межзвёздным материалом и сбрасывает огромные количества энергии в окружающий регион. Наблюдение обоих процессов в одной системе может помочь учёным понять, как чёрные дыры влияют на пространство вокруг них в гораздо больших масштабах.

Десятилетиями астрономы полагали, что Млечный Путь должен содержать подобные объекты, но найти один с нужным углом, яркостью и долговременной активностью джета оказалось трудно. Некоторые предыдущие системы считались возможными микроблазарами, но их джеты были временными, или их ориентация не могла быть подтверждена достаточно сильно.

IRAS 18293−0941 теперь, по-видимому, является самым ясным случаем на сегодняшний день. Чёрная дыра звёздной массы испускает постоянный релятивистский джет почти вдоль нашей линии зрения, в то время как противоположный джет, по-видимому, проходит около 100 световых лет, прежде чем ударить в молекулярное облако и, возможно, ускорить частицы до экстремальных энергий.

То, что астрономы ожидали найти около 30 лет, возможно, наконец подтверждено в нашей собственной галактике.