«Космос — это природный ускоритель частиц для тех, у кого нет миллиардов», — как-то заметил академик Яков Борисович Зельдович. В этом есть доля правды — небесные явления часто превосходят возможности земных лабораторий, где даже огромные финансовые вложения не всегда позволяют повторить подобные процессы. Однако современные астрономические инструменты открывают новые горизонты, что вновь подтвердила обсерватория имени Джеймса Уэбба, получив беспрецедентно детальную фотографию струи чёрной дыры.
Источник изображений: Astronomy and Astrophysics 2025
Галактика M87, удалённая от нас на 55 миллионов световых лет и впервые обнаруженная Шарлем Мессье в XVIII столетии, десятилетиями приковывает взгляды учёных благодаря мощному выбросу вещества из своего ядра. На протяжении более века эта струя, порождённая сверхмассивной чёрной дырой M87*, является предметом пристального изучения, а в 2019 году сама чёрная дыра стала первым подобным объектом, непосредственно «сфотографированным» Телескопом горизонта событий. Теперь космический телескоп «Джеймс Уэбб» представил наиболее чёткое на сегодня инфракрасное изображение данного джета, демонстрирующее неизвестные ранее особенности его строения и поведения.
На фотографии, сделанной с использованием камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam), струя напоминает светящуюся розовую ленту на фоне дымчатого фиолетового космоса, простирающуюся на тысячи световых лет от чёрной дыры. Яркие сгустки вдоль потока свидетельствуют о зонах, где заряженные частицы разгоняются почти до световой скорости, формируя выразительные изгибы и спиралевидные контуры. Впервые в инфракрасном спектре удалось зафиксировать слабый встречный джет — симметричный поток, находящийся примерно в 6000 световых лет от центра (на изображении он расположен с обратной стороны от основной струи).
Встречный джет выглядит как две слабые нити S-образной конфигурации, соединённые областью повышенной яркости. Эти данные согласуются с более ранними радиоастрономическими исследованиями, что делает полученное изображение поистине прорывным.
По мере приближения к галактическому ядру струя принимает спиралеобразную конфигурацию, демонстрируя такие особенности, как медленно перемещающаяся структура «узел L» и светящаяся зона HST-1, наполненная сверхэнергетическими частицами. На чётком снимке «Уэбба» HST-1 распадается на две подслоя с разными характеристиками свечения, что указывает на присутствие ударных волн и запутанное движение вещества вблизи чёрной дыры. Противоположная струя, напротив, крайне слабо светится из-за релятивистских искажений: её стремительное удаление от нас со скоростью, близкой к световой, делает её излучение тусклым. Эти нюансы иллюстрируют, как магнитные поля управляют движением и разгоном частиц по всей длине потока.
Группа исследователей из Андалусского института астрофизики в Испании применила четыре инфракрасных фильтра NIRCam для создания изображения, предварительно очистив данные от влияния звёзд, межзвёздной пыли и далёких галактик. Такой подход позволил выделить струю и получить максимально подробную информацию о её характеристиках. Исследование подтвердило, что свечение струи имеет синхротронную природу — оно рождается заряженными частицами, закрученными магнитными полями. Сравнивая цветовые различия между спектральными диапазонами, учёные восстановили цепочку ускорения, остывания и искривления траекторий частиц, доказав существование сложных физических процессов у горизонта сверхмассивной чёрной дыры.
Струи, подобные наблюдаемой в галактике M87, служат природными полигонами для изучения экстремальных явлений, где чёрные дыры-гиганты разгоняют материю до энергий, недостижимых в земных условиях. Исследование подобных объектов проливает свет на то, как чёрные дыры управляют развитием галактик, тормозя рождение звёзд и распределяя вещество с энергией в межгалактической среде. Свежие данные с «Уэбба» не только углубляют познания о M87*, но и прокладывают дорогу для грядущих открытий, возможно, раскрывая общие принципы поглощения и выброса материи активными ядрами галактик. Это вновь напоминает, что инфракрасная астрономия кардинально преображает наши представления о космосе. А эти представления всё ещё далеки от завершённости.
