Крупнейший из выявленных джетов из чёрных дыр

Самые их известных астрономам за всю историю наблюдений джеты чёрных дыр, обнаруженых во второй половине 2024 года, оказались невероятно огромными — они оказались в 140 раз больше нашей галактики.

Джеты представляют собой потоки улетающего от чёрных дыр вещества и энергии, которые могут за относительно короткое время лишить галактику-хозяйку питания для зарождения новых звёзд и дальнейшего роста.
Новое открытие свидетельствует о сильнешем влиянии джетов на вселенские процессы. Обнаруженные джеты простираются на 23 млн световых лет — от таких мощных струй изменяется структура отдельных участков Вселенной, что определяет в значительной мере эволюцию мироздания.

Исследователи обнаружили гигантскую систему при анализе данных обзора, выполненного европейским радиотелескопом LOFAR (LOw Frequency ARray). Ещё в 2018 году учёные использовали LOFAR для изучения космической паутины тонких нитей, которая пересекает пространство между галактиками. Анализируя снимки на предмет слабых нитей, учёные заметили несколько поразительно длинных систем струй.

Для систематического поиска скрытых струй астрономы анализировали снимки в ручном режиме, использовали инструменты машинного обучения и привлекли волонтёров по всему миру. Всего было обнаружено более 8000 пар струй, вырывающихся с двух сторон из чёрных дыр. Порфирион — крупнейшая из идентифицированных структур такого рода..

Порфирион на снимке радиотелескопа LOFAR. Изображение: LOFAR Collaboration, Martijn Oei (Caltech)

Учёные идентифицировали галактику, из которой исходит Порфирион. Она расположена в 7,5 млрд световых лет от Земли. Это значит, что джет существовал в эпоху, когда Вселенной было всего 6,3 млрд лет, то есть менее половины её нынешнего возраста.
В то время космическая паутина — тонкие нити, соединяющие и питающие галактики — была более плотной. Поэтому подобные гигантские струи могли оказывать гораздо большее влияние на окружающее пространство.

Исследователи отмечают, что до сих пор считалось, что гигантские джеты — явление современной Вселенной. А чёрные дыры, характерные для более ранних периодов эволюции, неспособны производить подобные массивные структуры.

Тем не менее новое наблюдение, показывает, что это не так и ещё больше подобных струй может скрываться в далеком космосе и, по-видимому, они влияли на эволюцию галактик.

Найденный астрономами Калифорнийского технологического института объект из пары джетов от активной галактики простирается примерно на 7 Мпк (мегапарсек).
(Парсек — это расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 астрономической единице), перпендикулярный лучу зрения, который виден под углом 1"). Парсек равен 206 265 а. е., или 30,8568 Пм (петаметров), или 3,2616 световых лет. Используются также кратные единицы: килопарсек (кпк), мегапарсек (Мпк) и гигапарсек (Гпк)).
Выброс джетов вынес колоссальную энергию из сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики-хозяйки, сравнимую с энергией, выделяемой при столкновении галактических скоплений. В целом учёным повезло с обнаружением этого объекта. Он выявлен на пределе чувствительности приборов и если бы возник чуть раньше или был чуть слабее, то явление осталось бы незамеченным.

Учитывая размеры обнаруженного объекта, он назван именем гиганта Порфириона из древнегреческой мифологии. Его джеты раскинулись на 6,4 Мпк, а истинные размеры джетов учёные оценили на уровне чуть более 7 Мпк, поскольку есть признаки того, что астрономы наблюдали за ними под небольшим углом в нашу сторону.
Объект был обнаружен в данных наблюдений радиотелескопа LOFAR за Северным полушарием, которые пропустили через систему машинного обучения и ручной отбор внештатных учёных.
Всего было обнаружено свыше 11 тысяч джетов, которые были протяжённее одного Мпк.

Данные по Порфириону были проверены с помощью другого радиотелескопа — uGMRT и дополнены наблюдениями обсерватории Кека.
Измерения и спектральный анализ показали, что вероятная галактика — источник джетов — находится на удалении 6,3 млрд лет от Большого взрыва.
Струи вещества обычно выбрасываются из полюсов чёрной дыры, где их направляет и ускоряет её электромагнитное поле. Это естественный ускоритель частиц, который в данном случае разогнал вещество джетов (плазму) до скорости 0,012 от световой. Чтобы достичь наблюдаемых размеров струям пришлось путешествовать по Вселенной около 500 млн лет.

Изображение следов джетов в данных радиотелескопов (яркие области означают столкновения джетов с веществом)

Поскольку джеты сохранили форму и направление, учёные делают вывод, что,
во-первых, породившая их чёрная дыра не меняла ось своего вращения и,
во-вторых, что галактика-хозяйка окружена войдами (пустотами).
Джеты не встречали на своём пути достаточно много вещества — газа и пыли — чтобы рассеяться. Это также означает, что галактика-хозяйка находилась в нити тёмной материи, которая как паутиной пронизывает и связывает всю Вселенную и является матрицей для формирования галактик.

Это открытие также поднимает новые вопросы о механизмах, позволяющих струям достигать таких колоссальных размеров, не разрушаясь. Струи образуются, когда материя ионизируется и выбрасывается из черной дыры, создавая огромные и мощные потоки в космосе. При движении джет испытывает сопротивление межзвёздного пространства и расширяясь, замедляется.

До сих пор считалось, что существует предел, после которого поток теряет стабильность и распадается. Почему этого не происходит с Порфирионом, остается загадкой.

С учётом небывалой протяжённости обнаруженных джетов, они могли стать переносчиком массы и энергии в соседние нити и, тем самым, были способны повлиять на основы формирования ткани самой Вселенной.
Не исключено, что мы просто не видим всех подобных явлений, особенно на ранних этапах формирования мироздания, когда Вселенная явно была плотнее.
Если таких объектов много и они возникают достаточно часто, вероятно придётся их учитывать для моделирования эволюции галактик и Вселенной. Но для этого пока не хватает данных, так что наблюдения будут продолжены.