Астроновости: новый снимок сверхмассивной черной дыры и ее джета в М87, снимок Деймоса, астероид Фаэтон

Новый снимок сверхмассивной черной дыры и ее джета в М87

Изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87 считается одним из самых узнаваемых изображений объектов глубокого космоса. Это была первая черная дыра, тень которой была запечатлена на изображении, созданном телескопом Event Horizon Telescope (EHT) и обнародованном в 2019 году. Изображение центральной черной дыры М87, обрамленной аморфным светящимся кольцом, попало в топы практически всех новостных агентств в апреле 2019 года.

На этом работа не остановилась, и астрономы представили новые данные по той же черной дыре в 2018 году: глобальная сеть GMVA объединила работу радиотелескопов по всему миру для получения новых результатов, подключив Национальную радиоастрономическую обсерваторию Национального научного фонда США NRAO, Атакамскую большую решетку миллиметрового / субмиллиметрового диапазона ALMA и радиотелескоп Грин-Бэнк GBT.

Исследователи, наблюдающие за компактным радиоядром M87, опубликовали в своей статье изображения того, как формируется джет в области черной дыры, и то, как он движется от ее центра. Наблюдения представляют собой первый случай, когда джет и тень черной дыры встретились на одном снимке. В отличие от 2017 года новое изображение содержит данные на более длинных радиоволнах, чем у EHT, — 3,5 мм (вместо 1,3 мм). На этой длине волны также можно увидеть струю материала, выбрасываемого на релятивистских скоростях за пределы светового кольца, расположенного вокруг центральной сверхмассивной черной дыры.

Новые наблюдения позволят ученым получить больше знаний о том, как же формируются джеты у сверхмассивных черных дыр. Также эти исследования показали, что на большей длине волны фотонное кольцо черной дыры шире, чем на волне 1,3 мм, — примерно на 50%. Фотонное кольцо образуется за счет гравитационного линзирования света аккреционного диска, на большей длине волны становится заметен вклад потока аккрецирующего вещества, который из-за эффектов поглощения-излучения влияет на изображение, уширяя его.

Основание джета оказалось шире, чем это предполагалось для случая его испускания непосредственно черной дырой, погруженной во внешнее магнитное поле (эффект Блэндфорда — Знаека). Видимо, к джету добавляется ветер от аккреционного потока.

Использование множества различных телескопов и инструментов дало команде более полное представление о структуре сверхмассивной черной дыры и ее джетов, чем это было ранее сделано с помощью EHT.

Система GMVA предоставила полный обзор джета и черной дыры, а данные с ALMA позволили ученым рассмотреть само радиоядро M87, создав его четкое изображение. Чувствительность стометровой собирающей поверхности радиотелескопа Грин-Бэнк обеспечила астрономов возможностью рассматривать как крупномасштабные, так и мелкомасштабные части колец в мельчайших деталях.

Статья опубликована в журнале Nature
nature.com/articles/s41586-023-05843-w

Снимок Деймоса

Аппарат «Аль-Амаль» (Hope), что в переводе с арабского означает «Надежда», — он же Emirates Mars Mission (EMM) — совершил свой первый пролет спутника Марса Деймоса 10 марта. Деймос находится во власти приливных сил своей планеты и заперт в спин-орбитальном резонансе 1:1, т. е. обращен к Марсу, как и наша земная Луна, всегда одной и той же стороной. Деймос обращается вокруг Марса, находясь на среднем расстоянии примерно в 23,5 тыс. км — с периодом обращения в 30,3 часа. Он имеет почти круговую орбиту, вследствие чего пери- и апоцентры различаются всего на 10 км. По словам ученых, полученные снимки позволяют предположить, что Деймос всё же не является бывшим астероидом, который был когда-то захвачен планетой, а сформировался вместе с Марсом, так как состав спутника очень похож на состав поверхности самой Красной планеты.

В отличии от миссий, изучавших Марс ранее и работающих сегодня на орбите планеты, «Аль-Амаль» имеет необычайно высокую и вытянутую орбиту с апоцентром в 43 тыс. км, а перицентр составляет всего 20 тыс. км. Такая необычная орбита позволяет зонду наблюдать Деймос практически со всех сторон. К сожалению, из-за особенностей орбиты «Аль-Амаль» не сможет наблюдать другой, более крупный естественный спутник Марса — Фобос, — орбита которого удалена всего на 9377,2 км от центра планеты.

Во время пролета 10 марта команда Объединенных Арабских Эмиратов использовала все три бортовых прибора, чтобы снять их показания — от инфракрасного до крайнего ультрафиолетового диапазона. Спектр, который был в результате получен, позволяет судить о типе материала, из которого состоит Деймос (похожий по составу грунт можно увидеть на поверхности Марса). Он вовсе не напоминает богатую углеродом породу, которая часто встречается в астероидах. Это позволяет предположить, что Деймос был сформирован из того же материала, что и Марс.

Космический аппарат весом 1,35 тонны и стоимостью 200 млн долл. стартовал на японской ракете в июле 2020 года и прибыл к Марсу в феврале 2021 года. Главной научной целью этой экспедиции стало изучение сезонных изменений в атмосфере планеты и царящих на ней погодных условий. Но как только этот этап был завершен, а топлива осталось при этом в избытке, управление полетами запустило бортовые двигатели для маневра, который позволит космическому аппарату еще несколько раз приблизиться к Деймосу.

nature.com/articles/d41586-023-01422-1

Астероид Фаэтон

Астероиды Главного пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера, состоят в основном из скальных пород и обычно не образуют хвостов при приближении к Солнцу. Кометы же представляют собой смесь льда и камней и выпускают хвосты (один или несколько), когда Солнце начинает испарять их лёд. В результате материал с поверхности комет улетает в космос, оставляя следы на орбите. Когда Земля проходит через эти хвосты, частицы комет сгорают в ее атмосфере и вызывают рой «падающих звезд» — метеоритный дождь.

После того, как астрономы в 1983 году обнаружили астероид, получивший из-за своей близости к Солнцу наименование Фаэтон, они поняли, что его орбита совпадает с метеорным потоком Геминид. Это заставило предположить, что именно Фаэтон стал источником метеорного потока, хотя по всем признакам он астероид, а не комета.

Но в 2009 году исследователи, работавшие с данными пары космических аппаратов STEREO по изучению солнечной активности, заметили короткий хвост, отходящий от Фаэтона в момент прохождения им перигелия. Обычные телескопы не могут наблюдать данное явление, так как хвост формируется лишь тогда, когда Фаэтон находится очень близко к Солнцу. На подобные наблюдения способны только специальные солнечные обсерватории. STEREO также наблюдали развитие хвоста Фаэтона при более поздних сближениях с Солнцем в 2012 и 2016 годах. Появление хвоста объяснили тем, что пыль вылетает с поверхности астероида при нагреве Солнцем.

Однако в 2018 году другая солнечная миссия NASA — Parker Solar Probe — при исследовании частиц метеорного потока Геминид обнаружила, что их следы содержат гораздо больше материала, чем Фаэтон мог выбросить за время своих близких прохождений возле Солнца.

Предварительное изучение этого вопроса, основанное в числе прочего и на моделях, а также лабораторных тестах, позволило предположить, что нагрев со стороны Солнца во время близких подходов Фаэтона действительно может испарять натрий внутри астероида и вызывать активность, подобную кометной.

По наблюдениям SOHO во время 18 сближений Фаэтона с Солнцем в период с 1997 по 2022 год наблюдаемые усиления яркости и появление хвоста позволяют зарегистрировать высвобождение атомов натрия, которые резонансно флуоресцируют на D-линиях 589,0 / 589,6 нм. Хотя изначально полоса пропускания соответствующих инструментов STEREO номинально исключала D-линии, деградация фильтров существенно повысило их чувствительность к ним, о чем количественно свидетельствует, например, наблюдаемая яркость натриевого хвоста Меркурия. Кроме того, форма хвоста и его яркость при прохождении Фаэтона у Солнца в точности соответствовали ожиданиям ученых, как если бы хвост состоял из натрия.

Фаэтон по-прежнему удивляет исследователей самим своим существованием. Он подходит к Солнцу ближе любого иного астероида, его поверхность содержит голубоватые оттенки, и вероятность того, что именно он является источником метеорного потока Геминиды остается всё так же велика, хотя по устоявшимся моделям это всё же специализация комет, а нее астероидов. Следующее сближение Фаэтона с Землей ожидается только в 2093 году.

iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/acc866