Команда астрономов впервые обнаружила слабое радиоизлучение, охватывающее гигантскую галактику с энергетической черной дырой в центре. Радиоизлучение происходит от газа, который генерируется непосредственно центральной черной дырой. Результаты были получены с помощью изображений с высоким динамическим диапазоном. Команда исследователей ожидает понять, как черная дыра взаимодействует с родительской галактикой, применяя ту же технику к другим квазарам.
3C 273, расположенный на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли, является квазаром. Он образует ядро галактики, в центре которой, вероятно, находится массивная черная дыра. Черные дыры глотают окружающий их газ, но газ, находящийся на грани поглощения черной дырой, испускает огромное количество излучения. Это делает квазары одними из самых ярких объектов в небе. Вопреки своему мягкому названию, 3C 273 является первым квазаром, когда-либо обнаруженным, самым ярким и наиболее изученным. Таким образом, он также является одним из наиболее часто наблюдаемых телескопами источников излучения, поскольку его можно использовать в качестве шаблона положения в небе: другими словами, 3C 273-это радио Маяк.
Когда мы видим фару автомобиля, его ослепительная яркость затрудняет восприятие темной среды. То же самое происходит с телескопами при наблюдении за яркими объектами. Контраст между самыми светлыми и самыми темными тонами изображения называется динамическим диапазоном. Для того, чтобы на одном изображении с телескопа можно было различить как светлые, так и темные участки, необходим высокий динамический диапазон. ALMA может регулярно достигать динамического диапазона изображения примерно до 100, но коммерчески доступные цифровые камеры имеют динамический диапазон в несколько тысяч. Поэтому радиотелескопы не очень хороши для наблюдения за высококонтрастными объектами.
Квазар 3C 273 известен десятилетиями, но до сих пор в основном изучалось его яркое центральное ядро, из которого происходит большинство радиоволн. Гораздо меньше было известно о самой родительской галактике, поскольку для ее обнаружения требовались большие динамические диапазоны для слияния слабой и рассеянной галактики с ядром квазара 3C 273. Исследовательская группа использовала метод, называемый самокалибровкой, чтобы уменьшить утечку радиоволн от 3C 273 до изображения галактики. Сам квазар использовался для исправления влияния атмосферных помех земли на систему телескопа. Достигнут динамический диапазон изображения 85 000, что является рекордом ALMA для внегалактических объектов.
В результате получения высокого диапазона динамической визуализации команда обнаружила слабое радиоизлучение, простирающееся на десятки тысяч световых лет над родительской галактикой 3C 273. Радиоизлучение вокруг квазаров обычно предполагает, что это синхротронное излучение, которое происходит от высокоэнергетических событий, таких как взрывы звездообразующих процессов или сверхбыстрые струи, исходящие из центрального ядра. Синхротронный джет также существует в квазаре 3C 273. Важной особенностью синхротронного излучения является то, что его яркость изменяется с частотой, но слабое радиоизлучение, обнаруженное командой, имело постоянную яркость независимо от радиочастоты. После рассмотрения альтернативных механизмов команда обнаружила, что это слабое и обширное радиоизлучение происходит от водородного газа в галактике, который был активирован непосредственно ядром 3C 273. Это первый случай обнаружения того, что радиоволны, исходящие от такого механизма, простираются на десятки тысяч световых лет в галактике-хозяине квазара. Астрономы десятилетиями не замечали этого явления в этом знаковом космическом Маяке.
Так почему же это открытие так важно? В галактической астрономии большая загадка заключается в том, может ли энергия, поступающая из ядра квазара, быть достаточно большой, чтобы лишить галактику способности создавать звезды. Плохое радиоизлучение может помочь решить эту проблему. Газообразный водород является необходимым компонентом для звездообразования, но если на него светит такой сильный свет, что газ распадается (ионизируется), звезды не могут родиться. Чтобы исследовать, происходит ли этот процесс вокруг квазаров, астрономы использовали видимый свет, излучаемый ионизированным газом. Проблема в работе с видимым светом заключается в том, что космическая пыль поглощает их на пути к телескопу, поэтому трудно определить, сколько света излучал газ. Более того, механизм, ответственный за излучение видимого света, сложен, что заставляет астрономов делать много предположений. Радиоволны, обнаруженные в этом исследовании в результате простых процессов, происходят из одного и того же газа и не поглощаются пылью. Использование радиоволн значительно облегчает измерения ионизированного газа, создаваемого ядром 3C 273. В этом исследовании астрономы обнаружили, что по меньшей мере 7% света, исходящего от 3C 273, поглощалось газом в галактике-хозяине, создавая ионизированный газ с массой в 10-100 миллиардов раз больше массы Солнца. Однако квазар 3C 273 содержит много газа непосредственно перед образованием звезд, поэтому не похоже, что звездообразующие процессы сильно подавляются его ядром.
Это открытие открывает новый путь для изучения проблем, которые ранее решались с использованием наблюдений в видимом свете, говорит Шинья Комуги, адъюнкт-профессор Университета Когакуина и ведущий автор работы, опубликованной в „Астрофизическом журнале”. Применяя ту же технику к другим квазарам, мы ожидаем понять, как галактика развивается, взаимодействуя с центральным ядром.
