На протяжении более ста лет астрономы восхищались великолепной струей материи, вырывающейся из сердца гигантской эллиптической галактики М87. Теперь космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) предоставил наиболее четкое инфракрасное изображение этого космического явления, раскрывая новые детали о струе, управляемой черной дырой, и даже запечатлел её неуловимого двойника, движущегося в противоположном направлении.

Новое изображение JWST показывает струю в виде светящегося розового шлейфа, разворачивающегося на туманном фиолетовом фоне. Поток заряженных частиц простирается на несколько тысяч световых лет от центральной черной дыры M87. Яркие узелки сверкают вдоль её длины, указывая на участки, где частицы разгоняются до скоростей, близких к световым.

Впервые в инфракрасном диапазоне Webb зафиксировал слабую контрструю, расположенную примерно в 6,000 световых лет от черной дыры. Этот элемент очень слаб и трудно поддается наблюдению, поскольку он движется от нас с практически световой скоростью, что делает его свет менее заметным.

Галактика M87, расположенная примерно в 55 миллионах световых лет от Земли и впервые замеченная Шарлем Мессье в XVIII веке, является одной из наиболее изученных галактик на небе. В её центре находится сверхмассивная черная дыра, известная как M87*, ставшая известной в 2019 году как первая, которую когда-либо удалось запечатлеть непосредственно. Эта черная дыра питает колоссальную струю, служащую естественной лабораторией для изучения самых экстремальных физик во Вселенной.

Исследовательская группа под руководством Яна Рёдера из Испанского института астрофизики использовала инструмент «Ближняя инфракрасная камера» (NIRCam) телескопа Webb, чтобы получить изображение струи в четырех инфракрасных диапазонах. Для изоляции струи исследователи тщательно вычитали свет звезд, пыль и фоновую галактику, оставив наиболее детализированный инфракрасный портрет выброса M87 за всю историю наблюдений.

Ближе к ядру галактики струя принимает спиралевидную форму. В снимке от JWST видно медленно движущееся образование, названное «узел L», а также более яркий участок, известный как HST-1, отличающийся быстрым, кажущимся сверхсветовым движением. Четкий вид Webb показывает, что HST-1 делится на две отчетливые подструктуры с различными свойствами излучения, что указывает на наличие ударных волн и сложной динамики частиц вблизи черной дыры, как отмечают исследователи.

Дальше от центра галактики контрструя на расстоянии примерно 6,000 световых лет от черной дыры выглядит как два волокна, соединенных горячей точкой, формируя слабую C-образную форму, что согласуется с радионаблюдениями.

Новые данные подтверждают, что струя светится благодаря синхротронному излучению — свету, испускаемому заряженными частицами, вращающимися в магнитных полях. Измеряя тонкие различия в цвете между инфракрасными диапазонами, команда проследила за ускорением, охлаждением и завертыванием частиц вдоль струи.

Струи, подобные струе M87, являются естественными лабораториями для исследования экстремальных физических процессов, управляемых сверхмассивными черными дырами и способными ускорять частицы до энергий, значительно превосходящих всё, что удалось достичь на Земле. Понимание этих процессов помогает астрономам изучить, как черные дыры влияют на свои родительские галактики, регулируя звездообразование и распространяя материю и энергию далеко в межгалактическом пространстве.