Астрономы выяснили, почему сверхмассивная чёрная дыра в активной галактике 3C 120 способна запускать мощные релятивистские джеты даже при высокой скорости поглощения вещества. Наблюдения показали, что холодный тонкий аккреционный диск обрывается примерно на расстоянии 20 гравитационных радиусов от чёрной дыры. Внутри него находится горячий и толстый поток, где, вероятно, и формируется джет.
Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal Letters в статье «Disk Truncation Triggers Relativistic Jet Launching of a Highly Accreting Supermassive Black Hole». Его соавторами стали Хирофуми Нода, доцент Университета Тохоку, и Кадзухиро Хада из Городского университета Нагои. Учёные изучали связь между поглощением вещества сверхмассивной чёрной дырой и запуском джетов.
Джеты представляют собой потоки ионизированного газа, которые могут простираться на миллионы парсеков и двигаться с релятивистскими скоростями. Они способны менять состояние окружающей галактики, воздействовать на газ в ней и нарушать звездообразование в галактическом скоплении. Такие потоки возникают только во время активного питания чёрной дыры, когда часть вещества из раскалённого аккреционного диска не поглощается, а выбрасывается магнитными полями.
Для проверки механизма исследователи объединили рентгеновские и радионаблюдения галактики 3C 120, расположенной примерно в 420 млн световых лет от Земли. В работе использовались космическая рентгеновская обсерватория XRISM, Глобальная миллиметровая сеть радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (GMVA), сеть VLBA и Восточноазиатская сеть радиоинтерферометрии EAVN. Масса центральной чёрной дыры 3C 120 оценивается примерно в 6,3 × 107 солнечных масс, а сама галактика одновременно быстро поглощает вещество и испускает мощный джет.
Спектрометр XRISM зарегистрировал линию излучения железа в диске. Её релятивистское уширение позволило определить границу холодного диска: он заканчивается примерно на 20 гравитационных радиусах, а внутреннюю область занимает горячий геометрически толстый поток. Именно такая структура может поддерживать крупномасштабные магнитные поля, необходимые для запуска джета по механизму Блэндфорда—Знайека, который извлекает энергию вращения чёрной дыры.
«Глядя на одну и ту же чёрную дыру с помощью современных рентгеновских и радиотелескопов, мы смогли увидеть и горячую плазму вокруг чёрной дыры, и выходящий из неё джет», — сказал Хирофуми Нода в пресс-релизе. По словам авторов исследования, совместное применение рентгеновской спектроскопии высокого разрешения и радиоинтерферометрии помогает изучать связь между диском и джетом; в дальнейшем этот подход планируют применить к более крупной выборке объектов.