Темная материя может усиливать выбросы ненасытной сверхмассивной черной дыры

Фото из открытых источников

Астрономы обнаружили, что струя плазмы, вырывающаяся из далёкой сверхмассивной чёрной дыры со скоростью, близкой к скорости света, подвергается гравитационному линзированию со стороны невидимого скопления тёмной материи. Это открытие может рассказать нам об источнике космических «призрачных» частиц, называемых нейтрино. Результаты исследования были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Рассматриваемая сверхмассивная черная дыра питает тип квазара, называемый блазаром. Все квазары представляют собой сверхмассивные черные дыры, окруженные огромными количествами вещества, которым они питаются. Вещество, не поглощенное этими пожирающими космическими титанами, направляется к полюсам черных дыр, откуда выбрасывается в виде плазменных струй. Блазар отличается от квазаров тем, что выбрасываемые им струи направлены в сторону Земли. Блазары, подобные тому, что является центральным объектом данного исследования, обозначенному как PKS 2233-148, долгое время считались космическими ускорителями частиц, выбрасывающими нейтрино.

Нейтрино получили свое призрачное прозвище, потому что они не несут заряда и имеют очень малую массу, а это значит, что 100 триллионов из них могут проходить сквозь ваше тело каждую секунду, оставаясь незамеченными. Это затрудняет их обнаружение и отслеживание источника. Этот блазар, подверженный гравитационному линзированию, может помочь в этих поисках, наконец доказав, что блазары наполняют Вселенную космическими призраками.

«Эти крупномасштабные струи являются космическими ускорителями и могут генерировать нейтрино», — сказала Сильке Бритцен из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии. «Мы изучаем их, чтобы найти любые особенности, которые могли бы помочь нам лучше понять излучение нейтрино».

Астрономы давно интересуются PKS 2233-148, идентифицируя этот блазар как объект, способный укрепить связь между нейтрино и струями, питающими сверхмассивные черные дыры. Это связано с тем, что одна из его полярных струй выровнена вдоль линии нашего зрения с Земли.

Бритцен и его коллеги по-новому взглянули на наблюдения PKS 2233-148, выполненные на Земле с помощью радиотелескопа Very Long Baseline Array (VLBA), космического телескопа Fermi , который наблюдал блазар в гамма-излучении, и рентгеновского прибора на борту космической обсерватории Swift.

Это позволило выявить, как менялось движение струи ПКС 2233-148 с течением времени, обнажив ранее скрытые детали, в том числе тот факт, что эта струя блазара внезапно сместилась с ожидаемой траектории.

«Мы очень рады, что обнаружили ранее неизвестные явления в струе, а также в кривой блеска гамма-излучения», — сказал Бритцен.

Что могло вызвать эту космическую коррекцию курса? Феномен, впервые предсказанный Альбертом Эйнштейном еще в 1915 году, и невидимое скопление самого странного вещества во Вселенной — темной материи.

Концепция гравитационного линзирования возникла из теории гравитации Эйнштейна, общей теории относительности. Общая теория относительности утверждает, что объекты, содержащие материю, искривляют саму ткань пространства, подобно шару для боулинга, помещенному на натянутый резиновый лист. Гравитация возникает из этого искривления.

И точно так же, как пушечное ядро оставило бы более сильную вмятину на гипотетическом резиновом листе, чем шар для боулинга, объект с большей массой вызвал бы более сильное искривление пространства; его гравитационное воздействие сильнее.

Когда свет проходит через это искривленное пространство, происходит нечто интересное: его обычно прямой путь изгибается. Это означает, что когда свет от фонового источника проходит мимо массивного объекта на переднем плане, действующего как гравитационная линза, он достигает наших телескопов в разное время, а это значит, что фоновый источник увеличивается или, в крайних случаях, может появляться в нескольких местах на одном и том же изображении.

В данном случае линзирование происходит за счет струи галактики PKS 2233-148. Но нет объекта большой массы, такого как галактика или скопление галактик, который можно было бы наблюдать в нужном положении для осуществления линзирования. Это оставляет возможность того, что линзирующее тело — это нечто, что вообще нельзя увидеть. Темная материя подходит под это описание.

Темная материя фактически невидима, потому что она не взаимодействует напрямую с электромагнитным излучением, или светом. Другими словами, темная материя не излучает свет, и свет от нее не отражается. Это означает, что даже сгусток, достаточно большой, чтобы играть роль гравитационной линзы, был бы необнаружим. Но это не значит, что свет не может реагировать на искривление пространства, вызванное темной материей, так же, как он реагирует на искривление, вызванное любым телом, состоящим из «обычной» материи, например, звездой или галактикой.

Как и любая система гравитационного линзирования, линзирование струи PKS 2233-148, вызванное этим скоплением темной материи, требует точной юстировки, а это значит, что это лишь временное явление.

«Поскольку это кратковременные явления, их трудно обнаружить, — сказал Бритцен. — Это первый случай, когда мы обнаружили явление линзирования, которое может указывать на наличие субструктуры темной материи».

Бритцен и его коллеги теперь надеются обнаружить другие подобные явления гравитационного линзирования, чтобы еще больше укрепить связь между блазарами и фабриками нейтрино.