Изучение эволюции активных галактических ядер имеет решающее значение для понимания формирования галактик и среды, в которой они развиваются. Приоткрыть тайны их зарождения получилось у международной команды исследователей, включающей ученых ФИАН и МФТИ. Группа провела анализ наблюдений далекого квазара PKS 0858–279 более чем за 20 лет с целью узнать, как формировались ранние галактики и какие механизмы влияли на эти процессы. Результаты исследования опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Данные, полученные с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, помогли ученым установить, что все это время структура джета квазара оставалась в значительной степени постоянной. При этом наблюдения интегральных спектров на РАТАН-600 (крупнейшем в мире радиотелескопе РАН) показали заметные изменения плотности потока. Эти изменения явно предполагали периодический выброс плазмы в струю, а также взаимодействие стоячих и бегущих ударных волн, формирующихся в джете.
Квазары — активные ядра галактик со сверхмассивной черной дырой в центре. Часть падающего на черную дыру вещества выбрасывается из нее и порождает джеты, струи плазмы протяженностью в тысячи световых лет. Изучение квазаров и джетов позволяет ученым заглянуть в далекое прошлое нашей Вселенной.
Изображения источника на частоте 22,2 ГГц с высоким разрешением в эпоху наблюдения VLBA 26 ноября 2005 г. Источник: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Первые наблюдения за далеким квазаром PKS 0858–279 были сделаны 26 ноября 2005 года радиоинтерферометром, принадлежащим Национальной радиоастрономической обсерватории (США). Он состоит из десяти радиотелескопов, расположенных удаленно и работающих совместно, и является самым большим в мире, посвященным исключительно интерферометрическим наблюдениям. Этот метод существенно расширяет возможности исследований. Приемные элементы телескопов расположены на разных континентах, что позволяет имитировать масштабный измерительный прибор, размеры которого равны максимальному расстоянию между исходными телескопами. Таким образом удается добиться углового разрешения в десятки тысяч раз выше, чем у одиночных телескопов. Это позволяет ученым разглядеть процессы, происходящие вблизи центральных «двигателей» квазаров.
Радионаблюдения показали взрывные события и сложную динамику рождения и формирования джетов. Из полученных данных ученые сделали вывод, что в джете в результате взаимодействия с плотным облаком в окружающей среде образовывается ударная волна.
Для получения информации о том, как структура квазара изменялась во времени, ученые увеличили период наблюдений до 2018 года. Хотя общие рамки эволюции галактических ядер охватывают огромные космические временные масштабы, этот период позволил выделить краткосрочную динамику, которая дает представление о более широких закономерностях эволюции.
«Квазар PKS 0858–279 привлек наш интерес высокой изменчивостью амплитуды на временных интервалах в несколько месяцев. Столь сильная переменность нетипична для источников подобного типа, и мы решили рассмотреть его более подробно и построить детальное изображение джета. Таким образом, основная задача этой работы — понять эволюцию свойств источника с течением времени, определить причины переменности, измерить скорость течения плазмы джета. Это идеальная задача для любознательного студента МФТИ», — комментирует Юрий Ковалев, по инициативе которого были проведены наблюдения объекта.
Ученые исследовали, как PKS 0858–279 взаимодействует с окружающим межзвездным веществом, и установили, что джет квазара ударяется в это вещество, что создает в нем ударную волну. Образование ударной волны может объяснить заметно более сильное магнитное поле в струе, которое оценивается примерно в 1 Гс по сравнению с магнитным полем ядра около 0,1 Гс.
Кроме того, были изучены поляризационные свойства, которые помогли определить свойства межзвездного вещества и изучить в нем магнитное поле.
«Данные многолетних наблюдений источника позволили установить, что структура квазара сохраняется на протяжении очень долгого времени. Эти исследования выделяет и тот факт, что сам квазар очень далеко от нас, то есть мы видим жизнь галактики примерно после трех миллиардов лет начиная от рождения Вселенной, что является очень ранней эпохой. С помощью радионаблюдений мы можем заглянуть в самые тайные уголки Вселенной, в расстоянии очень близкие к центральной сверхмассивный черной дыре, и эти данные позволили нам визуализировать джет.
Обычно джет чем ближе к черной дыре — тем ярче, а в нашем случае картина была немного другой, потому что самая яркая часть нашего джета — там, где формируется ударная волна. Наши исследования показали, что данная волна возникает благодаря тому, что джет врезается в плотную межзвездную среду. После данного столкновения с межзвездным веществом джет начинает отклоняться», — рассказал Никита Косогоров, первый автор этого исследования, которое составило основу его магистерской диссертации.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
