Сверхсветовой сюрприз в Центавре А: «Чандра» изучает рентгеновский джет черной дыры

Центавр А — ближайшая к нам активная галактика, в сердце которой скрывается сверхмассивная черная дыра. Эта космическая громадина выбрасывает в пространство мощные струи вещества — джеты, — разгоняя их до околосветовых скоростей. Изучение этих джетов — окно в мир экстремальной физики, позволяющее понять процессы, происходящие вблизи черных дыр. Однако наблюдения за джетом Центавра А поставили перед астрофизиками новую загадку.

Джеты, как правило, изучают в радиодиапазоне, но рентгеновские наблюдения, проведенные космической обсерваторией «Чандра» на протяжении 22 лет, открыли неожиданные детали. Оказалось, что рентгеновское излучение джета концентрируется в отдельных ярких узлах — «сгустках» плазмы. Большинство этих сгустков движется довольно медленно, но один из них, обозначенный как AX4, демонстрирует поразительную скорость.

Анализ данных «Чандры» показал, что AX4 движется со сверхсветовой скоростью — в 2,7 раза быстрее света! Конечно, это лишь кажущийся эффект, связанный с ориентацией джета относительно наблюдателя. Если джет направлен почти на нас, то вещество, движущееся по нему с околосветовой скоростью, кажется нам перемещающимся быстрее света, поскольку расстояние до него быстро сокращается.

Это «сверхсветовое движение» позволило ученым оценить угол наклона джета к лучу зрения и минимальную скорость движения вещества в нем. Оказалось, что угол наклона не превышает 41 градуса, а скорость вещества в AX4 составляет не менее 94% от скорости света. Это согласуется с данными, полученными на субпарсековых масштабах с помощью телескопа «Горизонт событий», но противоречит более ранним оценкам, предполагавшим больший угол наклона.

Самое удивительное, что скорость AX4 значительно превышает скорость других рентгеновских узлов в джете Центавра А, а также скорость соответствующего ему радиоузла A3B. Это ставит под сомнение существующие модели, согласно которым рентгеновские узлы представляют собой стоячие ударные волны, возникающие при взаимодействии джета с препятствиями. Высокая скорость AX4 свидетельствует о том, что он, скорее всего, представляет собой сгусток сжатой плазмы или релятивистскую ударную волну, движущуюся внутри джета. Возможно, AX4 был разогнан до такой высокой скорости в результате кратковременного изменения физических условий в области запуска джета, например, в результате приливного разрушения звезды черной дырой.

Кроме того, «Чандра» зафиксировала движение некоторых узлов в джете перпендикулярно его основной оси. Это «поперечное движение» может быть связано со спиральной структурой магнитного поля внутри джета или с коническими ударными волнами, возникающими при взаимодействии джета с окружающей средой.

Данные «Чандры» также выявили два точечных источника рентгеновского излучения (C1 и C2), расположенных вблизи оси джета и на расстоянии 104 парсека от ядра галактики. Природа этих источников пока остается загадкой: это могут быть как узлы джета, так и рентгеновские двойные звезды. Для определения их природы необходимы дальнейшие наблюдения.

Исследование джета Центавра А с помощью «Чандры» открыло новые горизонты в изучении активных галактик и поставило перед астрофизиками новые вопросы, требующие дальнейшего изучения. AX4, «сверхсветовой гонец» из сердца Центавра А, продолжает бросать вызов нашему пониманию процессов, происходящих в самых экстремальных условиях Вселенной.