Ученые получили самые детальные изображения галактик. По ним можно наблюдать за деятельностью черных дыр

Астрономы опубликовали самые подробные из когда-либо виденных изображений галактик за пределами нашей собственной.

Изображения были созданы на основе данных, собранных радиотелескопом Low-Frequency Array (LOFAR, низкочастотная антенная решетка) после почти десятилетней работы.

LOFAR представляет собой сеть из более чем 70 тысяч небольших антенн, расположенных в девяти европейских странах, с центром в голландском городке Эксло.

Обычно комбинируются только сигналы антенн, расположенных в Нидерландах: таким образом получается радиотелескоп с собирающей "линзой" диаметром примерно 120 км.

Используя сигналы всех европейских антенн, ученые увеличили диаметр этой "линзы" почти до 2000 км, что обеспечивает 20-кратное увеличение разрешающей способности. Для сравнения, самый крупный из обычных радиотелескопов, российский РАТАН-600, начавший работать в 1974 году, имеет антенну диаметром "всего" около 600 метров.

Новые изображения имеют очень высокое разрешение и раскрывают внутреннее устройство галактик с беспрецедентной детализацией.

Многие изображения могут дать представление о роли черных дыр в формировании звезд и планет. Исследователи считают, что эти изображения изменят наше представление об эволюции галактик.

Радиоастрономия

На изображениях - радиоволны, излучаемые галактиками. Астрономам часто приходится изучать радиоволны от астрономических объектов, а не видимый свет, который они излучают: он слишком легко рассеивается в межзвездном пространстве в пути от источника до объектива телескопа.

Многие области космоса, в видимом спектре кажущиеся абсолютно пустыми и черными, активно излучают в других диапазонах: радио, ультрафиолетовом, инфракрасном, рентгеновском или излучают высокоэнергичные гамма-частицы.

Радиотелескопы астрономы используют еще с 30-х годов прошлого века. Однако свести воедино сигналы с 70 тысяч антенн удалось впервые. Это позволило существенно улучшить разрешение снимков.

Сведение воедино сигналов от такого количества антенн - непростой процесс. Команда под руководством доктора Лии Морабито из Университета Дарема в Великобритании потратила шесть лет на разработку совершенно нового способа приема сигнала от каждой антенны, его оцифровки, передачи на центральный процессор, а затем объединения всех данных в изображения, которые не только представляют огромный научный интерес, но выглядят фантастически.

Для создания одного изображения необходимо оцифровать, передать в центральный процессор и затем объединить более 13 терабит необработанных данных в секунду. Обрабатывать такие огромные объемы данных приходится суперкомпьютерами. С их помощью всего за пару дней терабайты информации от этих антенн удается преобразовать в несколько гигабайт готовых к использованию данных.

Галактический джет

Изображение вверху страницы сделал один из членов команды доктора Морабито. На нем изображена едва видимая галактика, расположившаяся в центре струй вещества (астрономы называют их джетами) оранжевого цвета, испускаемых с обеих сторон, каждая из которых намного больше самой галактики.

Джеты образуются за счет взаимодействия вещества со сверхмассивной черной дырой в центре галактики. Из самой черной дыры назад хода нет ни веществу, ни излучению, однако в ее окрестностях за счет ее вращения возникают силы, выбрасывающие вещество в космос, иногда с огромными, околосветовыми скоростями.

Астрономы наблюдают джеты не в первый раз, но у этих есть одна особенность: темные полосы на джете справа, которые ранее не наблюдались. По мнению астрономов, эти полосы соответствуют периодам сравнительно низкой активности черной дыры, когда она "выплевывает" меньше вещества. Таким образом, изображение дает исследователям представление о "суточном ритме" черной дыры.

На фотографии выше изображены две сталкивающиеся галактики. Яркое пятно в левой - это взрывающиеся сверхновые, выбрасывающие в пространство перегретый газ и космическую пыль.

Галактика на этом изображении испустила свет, когда Вселенной было всего 2,6 миллиарда лет. Выше и ниже - струи вещества, выброшенные черной дырой в ее центре. Обычно такие ранние галактики невозможно детально изучить. Но теперь астрономы впервые смогли рассмотреть структуру одной из них в радиодиапазоне, что позволяет лучше понять, как черные дыры взаимодействуют с окружающей средой.

"Фабрика на топливе из черных дыр"

Из этих изображений следует, что галактики - это не просто набор звезд. По словам доктора Нила Джексона из Манчестерского университета, это динамичные фабрики по производству солнца и планет, работающие на топливе из черных дыр.

"Стало ясно, что для того, чтобы понять эволюцию галактик, нам нужно понять природу черной дыры в их центре, потому что она, похоже, фундаментально влияет на их эволюцию, - говорит доктор Джексон. - Изображения с таким высоким разрешением позволяют нам увеличивать масштаб, чтобы увидеть, что на самом деле происходит, когда сверхмассивные черные дыры отбрасывают эти струи вещества в космос".

Доктор Морабито говорит, что подобные изображения помогают астрономам узнать, как на самом деле идут процессы, в результате которых родились звезды и планеты, в том числе и наша Солнечная система.

"Мы начинаем понимать, как эволюционируют галактики. И черные дыры - огромная часть этой эволюции, потому что джеты могут уносить с собой топливо, предназначенное для звездообразования. Двигаясь от центра галактики, они могут нарушать ее структуру. Они могут даже запускать процессы формирования звезд или наоборот, препятствовать им, уменьшая количество новых звезд ", - говорит она.

По итогам первого набора результатов исследования опубликовано уже девять научных работ по динамике черных дыр в галактиках. Но это только начало. В течение следующих нескольких лет ученые собираются отсканировать миллионы галактик.

"Я думаю, нас определенно ждут сюрпризы. Когда вы начинаете делать что-то новое в астрономии, вы всегда обнаруживаете то, чего никогда не ожидали, и именно этого я жду с нетерпением". - говорит доктор Морабито.