формирование релятивистских джетов

Голубое свечение в воде вокруг ядерного реактора — это свет, который рождается, когда заряженная частица обгоняет свет в этой среде. Эффект открыл Павел Черенков в 1934 году, а теорию дали Игорь Тамм и Илья Франк. С тех пор черенковское излучение стало рабочим инструментом: от детекторов частиц до астрофизики.

Телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в эпоху, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, и увидел странные объекты — «маленькие красные точки». Это чёрные дыры массой в миллионы солнц, но в очень компактных, почти нетронутых химически галактиках. Стандартные сценарии не успевают вырастить такие тяжести так рано.

В сердце галактики 1ES 1927+654 годами царила тишина: аккрецирующий газ лишь шептал в рентгене, истекая медленными ветрами. Но в 2022–2025 годах картина резко изменилась. Спектры, снятые обсерваториями XMM-Newton и Swift, заиграли эмиссионными линиями — узкий пик на 0.56 кэВ, вероятно от кислорода OVII, и более широкая деталь у 1 кэВ, а также мощная полоса железа в области 6–7 кэВ.

Когда JWST всмотрелся в юную Вселенную на красных смещениях 6–10, он обнаружил россыпь загадочных «маленьких красных точек» (LRD). Эти объекты сочетали черты галактик и активных ядер, но их спектры отказывались вписываться в привычные схемы.

Две нейтронные звезды — сверхплотные остатки массивных светил — сливаются в одну, и пространство вокруг них вздрагивает: рождается гравитационная волна, рябь в самой ткани пространства-времени. Почти одновременно из места катастрофы вырывается узкий поток вещества — джет.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в сердце остатка сверхновой SNR 0540-69.3 — того, что осталось после гибели массивной звезды в соседней галактике. Внутри, среди разлетающихся обломков, астрономы увидели чёткий рисунок: светящиеся сгустки и пустоты сложились в симметричный узор.

Представьте прожектор: если смотреть на него сбоку, он светит тускло-красным, а если прямо в лицо — ослепляет бело-голубым. Именно так, согласно новым данным, выглядят загадочные «маленькие красные точки» в ранней Вселенной. Это гигантские чёрные дыры — объекты с настолько сильной гравитацией, что даже свет не может их покинуть, — повёрнутые к нам ребром.

Поле, засеянное семенами. Одни семена крупные и всходят при малейшем дожде, другие — капризные, требуют особой почвы и редких условий. От того, какие семена попадут в землю, зависит, каким вырастет лес через много лет. Примерно так же астрофизики думают о рождении чёрных дыр в ранней Вселенной.

Когда космический телескоп Джеймса Уэбба направил свой взор вглубь времён, астрономы ожидали увидеть привычные галактики. Но вместо этого снимки запестрели россыпью ярких, невероятно компактных красных точек.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в эпоху, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, и обнаружил там сотни странных объектов. Крошечные, но ослепительно яркие, они сияли глубоким красным цветом — словно раскалённые угли, разбросанные по чёрному бархату космоса.

Космический телескоп Джеймса Уэбба разглядел в глубинах космоса удивительные объекты — маленькие красные точки, которые светят так ярко, будто в крошечной лампочке спрятан прожектор. Эти точки — не звёзды и не галактики в привычном понимании, а скорее «коконы» вокруг сверхмассивных чёрных дыр, жадно заглатывающих окружающий газ.

Фонарик светит не ровным кругом, а ярким пятном в центре и размытым ореолом по краям. Если его быстро выключить, последними погаснут именно края — и по тому, как угасает свет, можно догадаться о форме отражателя. Примерно так устроен гамма-всплеск: когда коллапсирующая звезда выбрасывает узкую струю плазмы, мы видим лишь её сердцевину, а всё остальное скрыто.

Струя плазмы из центра далёкой галактики похожа на реку, которая течёт от истока и постепенно становится прозрачной. Вблизи чёрной дыры поток плотный и непрозрачный для радиоволн — как мутная вода. Лишь на некотором расстоянии струя «просветляется», и именно там радиотелескопы видят яркое ядро.

В двойной системе Cygnus X-3, расположенной в нашей Галактике, чёрная дыра и звезда-гигант обращаются настолько тесно, что звезда теряет вещество: его уносит мощный звёздный ветер. Из окрестностей чёрной дыры бьют релятивистские струи — узкие потоки плазмы, разогнанные до околосветовых скоростей.

Стержень, воткнутый в гранулированный материал — например, в песок или слой мелких шариков, — ведёт себя совсем не так, как можно ожидать. Вместо того чтобы уходить вертикально вглубь, он быстро отклоняется от вертикали и в итоге ложится горизонтально. Это выяснили исследователи, которые бросали жёсткие и гибкие стержни в двумерный слой пенопластовых шариков и следили за их движением на высокоскоростной камере.

В расширяющемся газовом облаке, оставшемся после взрыва звезды — такие облака называют остатками сверхновых, — астрономы обнаружили гигантскую светящуюся структуру в форме буквы S. Она образована двумя джетами — узкими струями раскалённой плазмы, выброшенными во время катастрофического коллапса звезды.

Когда два ядра свинца сталкиваются на огромной скорости, на миг рождается облако раскалённой материи — плотнее и горячее, чем в центре Солнца. Сквозь это облако летят струи частиц: узкие, как лазерные лучи, пучки, выбитые ударом. Детектор CMS ловит их следы и показывает, как струи меняются, продираясь сквозь горячий «туман».

Когда массивная звезда умирает и взрывается, она выбрасывает не только свет, но и невидимые лёгкие частицы. Они разлетаются во все стороны почти со скоростью света. До Земли доходит лишь малая часть, но от каждой вспышки — свой сгусток.

Двойная система SS433 известна тем, что чёрная дыра в ней сдирает вещество со звезды-соседки. Часть газа падает в дыру, а часть выбрасывается двумя узкими струями, которые крутятся, как юла. Эти струи видны в радиодиапазоне и в рентгене.

Капля падает в стакан, и от поверхности отрывается крошечная струйка — тонкий фонтанчик, который на миг взлетает вверх. Примерно так же работает пузырёк, прилипший к стенке трубки, если трубку резко дёрнуть вниз. Вода вокруг пузырька устремляется внутрь, и из его верхушки выстреливает струя. Скорость этой струи зависит от формы пузырька — насколько он выгнут, как купол зонтика.

Телескоп Джеймс Уэбб заглянул в раннюю Вселенную и обнаружил множество загадочных красных точек. Их свечение не походило ни на привычные галактики, ни на звёзды. Разгадка оказалась неожиданной: это растущие чёрные дыры, рождённые без звёздного этапа.

В плотном газовом облаке W44, где рождаются звёзды, телескоп ALMA разглядел восемь крошечных сгустков, летящих с огромными скоростями. Каждый из них в картах «положение–скорость» выглядит как латинская буква V — так же, как уже известная «Пуля», найденная ранее. Такое сходство намекает на общее происхождение.

Используя эффект гравитационной линзы — искривления пространства-времени, при котором массивное скопление галактик фокусирует свет далёких объектов подобно гигантскому увеличительному стеклу, как и предсказывал Фриц Цвикки, — телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал две красные точки в галактике, сформировавшейся спустя…

В 2010-х астрономы заметили удивительную вещь: сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, несмотря на огромную разницу в размерах и яркости, выстраиваются на одну прямую линию, если построить график зависимости их свечения в миллиметровом диапазоне от рентгеновского излучения и массы. Эта линия получила название «миллиметровая фундаментальная плоскость аккреции черных дыр».

Два дома с одинаковыми фасадами, но разной внутренней планировкой: снаружи V-образный спектр похож, а внутри — разные источники света и разное количество пыли. Именно так выглядят две популяции далёких галактик, которые астрономы долго путали.

В центре остатка сверхновой SN 1987A, в 168 000 световых лет от Земли, спрятан объект, который астрономы ищут уже 37 лет. Это ближайшая сверхновая, взорвавшаяся на глазах у современных телескопов, и единственная, где компактный остаток до сих пор не удалось увидеть напрямую.