При участии российского космического радиотелескопа «РадиоАстрон» получено изображение ядра активной галактики с рекордным угловым разрешением, позволяющее изучить детали происходящих там процессов.

Исследователи изучали объект BL Lacertae, находящийся в созвездии Ящерицы (Lacertae в переводе с латыни – ящерица). Он относится к блазарам – очень мощным источникам электромагнитного излучения во всех диапазонах от радио до гамма, способных сильно изменять свою светимость за короткие промежутки времени (от часов до суток). Эта особенность блазаров связана с тем, что в активном состоянии они испускают струи частиц (плазмы), движущиеся с околосветовой скоростью. Эти плазменные струи, получившие название релятивистские джеты или просто джеты, достигают в длину несколько световых лет.

Сравнение размера полученного изображения галактики BL Lacertae с Солнечной системой и расстоянием да звезды Альфа Центавра, если бы они находились на том же расстоянии, что и BL Lacertae. (© MPIfR/А. Лобанов)

Художественное изображение блазара. Показаны аккреционный диск (accretion disk) и джеты (jet) и черная дыра (black hole) (источник http://www.nasa.gov)

В работе принимали участие российский космический радиотелескоп «Радиоастрон» совместно с 15 наземными радиотелескопами из России (сеть «Квазар-КВО»), Европы и США. Вместе они образовали огромный наземно-космический интерферометр. В ходе наблюдений на самой короткой длине волны доступной «Радиоастрону» (1,35 см, соответствует частоте 22 ГГц)  ученые смогли добиться рекордного углового разрешения за всю историю астрономических наблюдений: 21 микросекунда дуги.

«Это более чем в тысячу раз лучше разрешения космического телескопа «Хаббл», оптический телескоп с таким угловым разрешением мог бы разглядеть спичечный коробок на поверхности Луны», - прокомментировал результат руководитель научной программы проекта от Астрокомического центра ФИАН Юрий Ковалев.

Астрофизикам удалось «рассмотреть» детали размером в 6 тысяч астрономических единиц (одна астрономическая единица соответствует расстоянию от Земли до Солнца – около 150 млн км). Для сравнения можно указать, что это в 30 меньше размера Солнечной системы, за которое можно принять размер облака Оорта. Для расстояния около 280 Мегапарсек это очень хорошая детализация.

Теоретические модели предсказывали, что этот блазар представляет собой сверхмассивную черную дыру, окруженную аккреционным диском плазмы, разогретой до температур в миллиарды градусов. Формирование джетов связано со взаимодействием мощных магнитных полей с этой плазмой. Из-за вращения черной дыры и плазменного диска, линии магнитного поля должны формировать из плазмы спиральные структуры, которые в свою очередь ускоряют поток вещества в джетах. С помощью полученных очень детальных изображений, исследователи смогли увидеть эти спиральные структуры, а также зоны ударной волны в области формирования джета, что позволило лучше понять, как работают эти самые мощные во Вселенной источники излучения.

«Ядро галактики оказалось экстремально горячим. Если бы мы попытались воспроизвести эти физические условия на Земле, то получили бы зону с температурой более триллиона градусов», – отметил научный сотрудник Института радиоастрономии общества Макса Планка  Андрей Лобанов, отвечавший за изучение внутренних областей джетов и их магнитных полей.

Результаты исследований опубликованы в статье в  Astrophysical Journal.  

Радиоинтерферометрия основана на совместном анализе сигналов от одного и того же объекта принятых несколькими  радиотелескопами, расстояние между которыми называют «базой». Результат соответствует работе радиотелескопа с диаметром зеркала равным базе. Чем больше размер базы (зеркала), тем выше разрешающая способность телескопа. На Земле в принципе невозможно разместить телескопы на расстоянии большем, чем диаметр Земли. На самом деле это расстояние еще меньше, поскольку необходимо обеспечить возможность одновременного наблюдения объектов.

В проекте «Радиоастрон» один из радиотелескопов с диаметром зеркала 10 метров размещен на космическом аппарате «Спектр-Р», запущенном в 2011 году, что позволило получить уникальный интерферометр с максимальным размером базы около 200 тыс. км. В данной работе рекордное разрешение получено при размере базы в 7,9 радиуса Земли (около 100 тыс. км).

Заметим, что объект BL Lacertae стал в 2012 году первым объектом исследований в проекте «Радиоастрон», после проведения тестовых работ. Интерес к нему подогревался тем, что в декабре 2011 года там произошла самая яркая вспышка радиоизлучения за последние годы. Этот объект – типичный представитель подобных источников с определенным спектром излучения во Вселенной, получивших от него свое название «лацертиды». Любопытно, что и название блазар, объединяющее лацертиды с частью квазаров, образовано из сокращения BL Lac и слова квазар.