Благодаря теории, предложенной Альбертом Эйнштейном более 100 лет назад, и счастливой случайности астрономы обнаружили излучение, исходящее из ядра квазара RXJ1131-1231, в центре которого скрывается сверхмассивная черная дыра. Это открытие стало возможным благодаря редкому сочетанию двух эффектов гравитационного линзирования.

Команда под руководством Матуша Рыбака из Лейденского университета сделала открытие во время изучения холодного газа в галактике RXJ1131-1231, расположенной в 6 миллиардах световых лет от Земли. Эта галактика с активным квазаром в центре давно привлекает внимание ученых из-за эффекта гравитационного линзирования, предсказанного Эйнштейном еще в 1915 году.

Гравитационное линзирование возникает, когда массивный объект — например, другая галактика — находится между наблюдателем и далеким источником света (в данном случае, квазаром). Это искривляет пространство-время и усиливает свет фонового объекта, делая RXJ1131-1231 в три раза ярче. Однако в данном случае к «макролинзированию» (созданному галактикой) добавилось микролинзирование — эффект, вызванный звездой в галактике-линзе.

«Это как если бы мы поместили две лупы друг на друга», — объясняет Рыбак. Двойное увеличение позволило рассмотреть детали, обычно скрытые от телескопов. Исследуя RXJ1131-1231 с помощью массива радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама, ученые заметили, что три изображения галактики меняют яркость независимо друг от друга. Такой «мерцающий» паттерн стал явным признаком микролинзирования, вызванного звездой на линии наблюдения.

Повторные наблюдения в 2020 году показали, что квазар «мигает» в миллиметровом диапазоне — необычно для такого типа излучения, обычно связанного с холодными газом и пылью. Ученые пришли к выводу, что источником может быть корона — раскаленный магнитный диск вокруг черной дыры, напоминающий по форме пончик. Эта структура, вероятно, ускоряет частицы до релятивистских скоростей, генерируя наблюдаемое излучение.

Ранее команда Рыбака первой в мире использовала микролинзирование для изучения оптического света квазаров. Теперь они стали пионерами в анализе миллиметрового излучения, что открывает новые горизонты. «Теперь мы можем исследовать области, которые в тысячу раз меньше расстояния от Земли до центра Млечного Пути», — отмечают авторы.

В ближайших планах — подключить рентгеновский телескоп Chandra, чтобы измерить температуру и магнитные поля вблизи сверхмассивных черных дыр. Это поможет понять, как эти монстры влияют на эволюцию галактик, подавляя или, наоборот, стимулируя звездообразование.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, не только подтверждает правоту Эйнштейна, но и доказывает: иногда чтобы заглянуть в самое сердце космических тайн, нужно, чтобы сама Вселенная подарила увеличительное стекло.