Астрономы установили характер неустойчивости в аккреционном диске галактики NGC 4258

10:14, 1 июля 2022

Полученные сведения помогут определить физический статус диска

Галактика NGC 4258 находится на расстоянии от Земли в 22,8 млн световых лет. Фото: NASA.

Международная группа исследователей, включающая ведущего научного сотрудника Коуровской астрономической обсерватории УрФУ Андрея Соболева, впервые рассмотрела детали распределения мазерных пятен в аккреционном диске вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 4258. Установлено, что в этом диске действует магнито-ротационная неустойчивость. Об открытии ученые рассказали в журнале Nature Astronomy.

«Об обнаружении диска вокруг этой галактики еще в 1995 году сообщили Миёши и Гринхилл в статьях в Nature и в The Astrophysical Journal. Тогда мы впервые узнали, что диск есть. Но теперь с помощью сверхвысокого углового разрешения „Радиоастрона“ нам удалось впервые установить детали распределения пятен мазерного излучения. Регулярность в их расположении мазеров объясняется тем, что в аккреционном диске действует магнито-ротационная неустойчивость», — рассказывает Андрей Соболев.

Неустойчивости определяют эволюцию дисков. По ним можно узнать — стационарный ли диск или все в нем довольно быстро меняется. Иными словами, неустойчивости помогают определить физический статус или физическое состояние диска: как он формируется, что в нем происходит, предсказать, будет ли он меняться со временем. Поэтому для понимания процессов, которые происходят в аккреционном диске, ученым необходимо понимать, какие неустойчивости там действуют, и обнаружение магнито-ротационной неустойчивости крайне важно. При этом ученые не собираются ставить точку в исследованиях уникального объекта вокруг сверхмассивной черной дыры. По словам Соболева, теперь настала очередь теоретиков объяснять уникальные данные, полученные на космическом интерферометре — самом большом приборе, созданном человечеством. Напомним, этот интерферометр создан в рамках проекта «Радиоастрон», в котором ведущую роль играют российские ученые.

«У нас многие терабайты данных, которые необходимо изучать и анализировать. Для понимания — на обработку массива информации, полученной с помощью интерферометра в конфигурациях размером до 19,6 диаметров Земли во время трех наблюдений в 2014 и 2016 годах, группе профессионалов потребовалось четыре года. Но у нас еще есть данные, полученные при размере интерферометра в 26,5 диаметров Земли. И их пока не проанализировали, это очень сложная работа. Исследования, безусловно, продолжатся, но на это потребуется время», — заключает Андрей Соболев.

Галактика NGC 4258 находится далеко от Земли — на расстоянии в 7,6 мегапарсек (свет будет идти от Земли до этой галактики 22,8 млн световых лет). Чтобы увидеть аккреционный диск этой галактики и что там происходит, требуется очень высокое угловое разрешение. Самое высокое угловое разрешение для водяных мазеров было достигнуто в проекте «Радиоастрон».

Примечательно, что первое наблюдательное свидетельство существования черных дыр было получено на основе наблюдений за галактикой NGC 4258. Ученые показали, что внутри этого объема находится такая большая масса вещества, что это может быть только черная дыра.

Отметим, в исследовании приняли участие сотрудники Нидерландского института радиоастрономии ASTRON (Нидерланды), Астро-космического центра Физического института Российской Академии Наук (Россия), Уральского федерального университета (Россия), Китайской академии наук (Китай), Института Радиоастрономии общества Макса Планка (Германия) и Университета Кагосимы (Япония).

Справка

Аккреционные диски возникают вокруг звезд, галактик, черных дыр. К примеру, под действием тяготения на черную дыру падает вещество из окружающего пространства. Это звезды, газ и пыль из межзвездной среды, а также вещество, захваченное с поверхности соседних звезд. В гравитационном поле черной дыры вещество разгоняется до огромных скоростей, сравнимых со скоростью света. Вещество падает на черную дыру не вертикально, а закручиваясь, образуя вокруг черной дыры плотный и горячий диск — аккреционный. Слои газа в диске движутся вокруг центра в одном направлении, но с разными скоростями — чем ближе к центру, тем выше скорости. Поэтому между слоями газа возникает трение, и оно превращает кинетическую энергию газа в тепло. В результате диск разогревается до такой высокой температуры, что светится в радио-, инфракрасном и оптическом диапазонах, в рентгеновском свете и гамма-лучах.

В образовании любой планеты участвует аккреционный диск: планеты возникают, когда аккреционный диск превращается в протопланетный. Это тот же самый аккреционный диск, но с него перестает падать вещество на звезду, а начинает собираться и образовывать планету.

«Радиоастрон» — международный космический проект с ведущим российским участием по проведению фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра с помощью космического радиотелескопа.