Низкочастотные радиотелескопы засняли далекие галактики с беспрецедентной детализацией

Эти изображения не только впечатляюще красивы, они раскрывают с беспрецедентной детальностью внутреннее устройство этих гигантских космических объектов, давая нам новое представление о том, как работают галактики в целом. Сделанные к настоящему времени результаты были опубликованы в специальном выпуске Astronomy & Astrophysics.

Наблюдения проводились с использованием Low Frequency Array (LOFAR), крупнейшей сети низкочастотных радиотелескопов, действующих в настоящее время на Земле. Он может объединять наблюдения примерно с 70 000 антенн, разбросанных по всей Европе, с использованием метода, называемого радиоинтерферометрией, для проведения некоторых из наиболее чувствительных радионаблюдений за ночным небом.

Это дало нам невероятную новую информацию о Вселенной, но новые наблюдения продвигают ее еще дальше, с разрешением в 20 раз выше, чем обычно. Это связано с тем, что стандартные операции LOFAR проводятся только с использованием антенн в Нидерландах, где находится штаб-квартира сотрудничества.

Поскольку эти антенны расположены на территории в 120 километров, это означает, что размер "апертуры" телескопа составляет около 120 километров. Для новых наблюдений международное сотрудничество использовало весь массив со всей Европы - по сути, 2000-километровый радиотелескоп.

"Наша цель состоит в том, чтобы научное сообщество могло использовать всю европейскую сеть телескопов LOFAR для своих научных исследований, не тратя годы на то, чтобы стать экспертом", - сказала астроном Лия Морабито из Даремского университета в Великобритании.

Девять статей в специальном выпуске Astronomy & Astrophysics посвящены одному из самых удивительных явлений, связанных с галактическим поведением - струям релятивистских частиц, выбрасываемых в межгалактическое пространство активными сверхмассивными черными дырами в центрах галактик.

Они невидимы в оптическом диапазоне, но в радиоволнах они светятся, а это означает, что радиоизображения могут дать нам некоторое представление о том, как струи формируются и распространяются. Общеизвестно, что как только что-либо преодолевает критический порог, называемый горизонтом событий, ничто не может избежать гравитационного притяжения черной дыры. Но область вокруг активной черной дыры очень динамична. Материал скручивается в диск, который вращается вокруг черной дыры, стекая в нее, как вода в канализацию.

От внутреннего края этого аккреционного диска небольшое количество закрученного материала каким-то образом направляется за пределы горизонта событий к полюсам, где оно запускается со скоростью, составляющей значительный процент скорости света. Ученые считают, что силовые линии магнитного поля вокруг черной дыры действуют как синхротрон, ускоряя эти частицы, создавая релятивистские скорости. Однако мы многого не понимаем в этом процессе, и новые данные LOFAR помогают восполнить недостающие части.

"Эти изображения с высоким разрешением позволяют нам увеличить масштаб, чтобы увидеть, что на самом деле происходит, когда сверхмассивные черные дыры запускают радиоструи, что было невозможно раньше на частотах, близких к FM-диапазону", - пояснил астроном Нил Джексон из Манчестерского университета. Проанализированные галактики включают 3C 293 - галактику с огромными пекулярными радиодолями, свидетельствующими о прерывистом струйном течении. Исследователи пришли к выводу, что галактика претерпевала несколько периодов активности из-за перебоев в реакциях и периодической заправки топливом, предполагая, что ее сверхмассивная черная дыра пережила по крайней мере один период бездействия.

В другой статье анализировался свет от галактики, которая пролетела более 11 миллиардов световых лет - обычно довольно сложно детально наблюдать на низких частотах.

Это наблюдение позволило выяснить, почему такие далекие радиогалактики обнаруживают специфические признаки; в конечном итоге окончательного ответа найти не удалось, но это наблюдение действительно открывает путь к большему в будущем.

А зонд впечатляющей радиогалактики Геркулес А исследовал кольцевые структуры в ее радиодолях. Исследователи пришли к выводу, что это было результатом периодического усиления и ослабления струй, что привело к появлению наблюдаемых структур.

Эти подсказки могут помочь нам понять процессы, которые создают и формируют радиоструи, но собранная работа имеет гораздо более глубокие последствия. Эти документы также представляют собой важную веху в радиоастрономии, демонстрируя возможности такой сети, как LOFAR, для понимания загадок Вселенной.