Путаница в показаниях: как расхождение в данных телескопов помогли ученым «ощупать» квазары и их «хвосты»

Неожиданные расхождения данных высокоточных измерений международной сети радиотелескопов и европейского оптического космического телескопа «Гайя» позволяют ученым определить свойства невидимых «хвостов» активных ядер галактик, которые выбрасываются сверхмассивными черными дырами.

«Без преувеличения можно сказать, что это открытие нового направления в наблюдательной астрофизике. Сопоставление данных радиоинтерферометров и оптических телескопов поможет нам получить информацию об аккреционных дисках вокруг черных дыр и горячих джетах в центрах галактик в видимом свете. Теперь мы лучше понимаем, как они устроены, и какие процессы там происходят», - говорит Юрий Ковалев, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН.

В статье, недавно принятой в печать в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Юрий Ковалев и Леонид Петров из МФТИ и ФИАНа анализировали положения активных ядер далеких галактик, полученные независимо радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой (РСДБ) и астрометрическим телескопом «Гайя».

Рисунок: Наземные радиоинтерферометры (например, американский VLBA) позволяют строить изображения квазаров и измерять их координаты с разрешением лучше угловой миллисекунды дуги. Раньше им не было равных. Однако Европейским космическим агентством был недавно запущен в космос оптический телескоп Гайя, точность измерения координат звезд и галактик у которого обещает быть еще лучше. Так ли это на самом деле? Разбираемся.

Европейский космический телескоп «Гайя» был запущен в 2013 году. Его главная задача: составление нового каталога миллиарда звезд нашей галактики с точными данными об их координатах и скоростях. Прежний подобный аппарат «Гиппарх» собрал данные о положении миллиона звезд с точностью до одной угловой миллисекунды. Точность «Гайи» будет почти в 100 раз лучше – до 24 микросекунд дуги. Помимо звезд нашей Галактики телескоп видит и внегалактические объекты, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today.

На данный момент в каталоге Гайи более 100 тысяч таких объектов, в основном это активные ядра галактик - квазары, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры, окруженные аккреционным диском падающего на них вещества и испускающие от себя струи материи – джеты. Вещество, падающее в черную дыру, разогревается до крайне высоких температур и интенсивно излучает практически во всех диапазонах электромагнитного спектра.

До сих пор для исследования таких объектов использовался метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой – система из нескольких радиотелескопов, разнесенных на большое расстояние, работающих как одно целое. Это позволяло получить угловое разрешение в сотни раз лучше, чем у оптических телескопов. Поэтому именно в радиодиапазоне ученые могли разглядеть структуру джетов у квазаров. 

«Но в радио видно далеко не все, например, аккреционный диск сверхмассивной черной дыры ярок именно в оптике и ультрафиолете. Поэтому мы решили попробовать совместить данные из двух источников», - говорит Ковалев.

Сама по себе «Гайя» не дает изображений, как например, «Хаббл», она лишь фиксирует координаты центра яркости небесного объекта. Ковалев и Петров, совместно со студентом МФТИ Александром Плавиным, еще в начале 2017 года сопоставили данные о координатах квазаров по данным РСДБ и «Гайи». Оказалось, что около 6% объектов продемонстрировали значительные расхождения. Как правило, сдвиг положений соответствует направлениям джетов.

Анимация: Радиоизображения выбросов горячей плазмы в далеких квазарах, построенные с разрешением лучше одной миллисекунды дуги. Яркость радиоизлучения показана псевдоцветом: от высокого (желтый) до низкого (синий) уровня. Предоставлено Юрием Ковалевым и коллаборацией MOJAVE.

«Теперь, совместно используя данные о переменном излучении и положении квазаров по данным радиоинтерферометров и «Гайи», мы сможем воссоздать и исследовать структуру сотен очень далеких квазаров на масштабах парсек, тысячных долей угловой секунды, которые недоступны для обычных оптических телескопов, и даже для Хаббла», - говорит Ковалев. По его словам, при анализе данных у многих квазаров неожиданно обнаружились в видимом свете яркие и протяженные выбросы.

Не менее интересная задача: проследить, как будут меняться их положения и яркость со временем, проанализировать причины ярких вспышек, других процессов, что в целом поможет понять физику аккреционных дисков и сверхмассивных черных дыр.