Международная группа астрофизиков провела анализ астрономических данных и обнаружила признаки, указывающие на то, что джет TXS 0506+056 подвергается гравитационному линзированию. Исследования в этом направлении могут существенно изменить наше понимание структуры джетов блазаров и механизмов генерации нейтрино. Их работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Астрономы давно изучают связь между активными галактическими ядрами и источниками нейтрино высоких энергий. В 2017 году объект TXS 0506+056 (блазар расположенный на небе недалеко от левого плеча созвездия Ориона) стал первым активным галактическим ядром, который был уверенно идентифицирован как источник экстремально высокоэнергетического нейтрино (IceCube-170922A). Архивные данные IceCube также показали усиление нейтринной активности из этого же региона в 2014–2015 годах. В 2021 и 2022 годах нейтрино вновь были зафиксированы детекторами Baikal-GVD и IceCube, что сделало TXS 0506+056 одним из главных кандидатов на роль источника астрофизических нейтрино.
Одновременно с этим радиоастрономические наблюдения выявили необычные изменения в морфологии джета этого блазара. Радиоизображения, полученные при помощи сети радиотелескопов VLBA (Very Long Baseline Array), демонстрировали сложную и неожиданную структуру джета на парсековых масштабах.
Блазарами называют такие активные галактические ядра, в которых релятивистский джет направлен в сторону Земли. Гравитационное линзирование — явление, при котором массивный объект (например, черная дыра) искривляет и усиливает свет от удаленного источника, изменяя его видимый облик.
Авторы работы провели анализ данных, полученных с помощью VLBA в диапазонах 8 ГГц и 15 ГГц за 2010–2023 годы. Они изучили эволюцию радиоизлучающей структуры блазара TXS 0506+056, сравнив изменения морфологии джета с моментами регистрации нейтрино.
Оказалось, что джет TXS 0506+056 демонстрирует необычные изменения во времени: в 2010 году он напоминал пересечение двух джетов, но к 2016 году его компоненты начали упорядочиваться в кольцеобразную структуру. Появление этой структуры совпадает с сильной радио-вспышкой, что может свидетельствовать о гравитационном линзировании джета или о взаимодействии струи с окружающим веществом. Отсутствие в оптических данных признаков промежуточной галактики-линзы заставляет предположить, что линзирующим объектом является либо изолированная массивная черная дыра, либо вторая черная дыра в двойной системе TXS 0506+056.
Исследование множества резких морфологических изменений джета показало, что они могут соответствовать различным фазам гравитационного линзирования, так как сильное гравитационное линзирование удаленного объекта приводит к появлению множественных исходных изображений и вытянутых дугообразных структур.
А именно, по наблюдениям 2009-2011-го годов джет выглядит как два скрещенных джета, в период с 2011 по 2016-й год он выглядит сегментированным на дугообразные струны. Между 2014 и 2015 годами начинается формироваться первый сегмент кольца.
В данных наблюдения за 2016-2019 астрофизики обнаружили излучение на стороне контрджета, что создает впечатление полного кольца вокруг радиоядра. Плотность потока джета резко возрастает во время пика, а незадолго до пика в радиодиапазоне оптические данные показывают провал. В данных 2019-2022 годов видна либо исходная струя, либо дугообразные струны.
Исследователи провели моделирование, которое позволило проверить, может ли гравитационное линзирование на черной дыре качественно воспроизвести наблюдаемую геометрию TXS 0506+56. Оказалось, что может.
Рисунок 1. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая гравитационное линзирование удаленного источника. Свет от источника искривляется по мере продвижения к наблюдателю. В результате для точечной линзы наблюдатель видит два изображения источника. В небесной плоскости (правая панель) изображения выглядят искаженными. Если источник, линза и наблюдатель расположены на одной прямой, то источник будет выглядеть как кольцо вокруг линзы в небесной плоскости. В случае любого смещения наблюдатель увидит два вытянутых изображения. Левая и правая панели показывают одну и ту же систему линз, но видимую под разными углами обзора. Рисунок не в масштабе и предназначен только для иллюстративных целей. Источник: Astronomy & Astrophysics.
Однако с помощью моделирования гравитационного линзирования ученым не удалось объяснить наблюдаемое необычное направление движения внутренних компонентов джета. Они считают, что кинематика джета нетипична и не сопоставима ни с какими другими джетами блазаров, изученных до сих пор.
«По-видимому, уникальная наблюдаемая морфология струи этого блазара связана с его нейтринной активностью. Наши результаты указывают на то, что основной причиной может быть сильное гравитационное линзирование джета TXS 0506+056, — рассказал Илья Пащенко, старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ. —. Дальнейшие наблюдения позволят разобраться так ли это и уточнить природу формирования нейтрино сверхвысоких энергий, приходящих к нам от этого объекта. ».
Перспективы дальнейших исследований включают дополнительные радионаблюдения, чтобы проверить изменение морфологии джета в будущем, поиск альтернативных доказательств существования линзирующего объекта и детальное изучение возможной связи между линзированием и генерацией нейтрино.
Если гипотеза гравитационного линзирования подтвердится, то это даст новые возможности в изучении скрытых популяций массивных черных дыр с помощью гравитационного линзирования на джетах, позволит разработать более точные модели джетов активных ядер галактик и из взаимодействия с окружающей средой, а также улучшить методы идентификации астрофизических источников нейтрино. Для подтверждения гипотезы необходимы дальнейшие наблюдения и моделирование.
В работе принимали участие ученые из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, Казанского федерального университета, Московского физико-технического института, а также из Германии, ЮАР, Венгрии, Австрии, Чехии, Грузии.
