В 1918 году во время наблюдений за эллиптической галактикой M 87 американский астроном Хебер Кертис заметил нечто необычное. Он увидел джет — узконаправленную струю сильно ионизованного газа, выброшенную из центра галактики со скоростью, близкой к скорости света. Чуть позже выяснилось, что источником джета была сверхмассивная черная дыра, точнее — ее окрестности, то есть аккреционный диск. В 2019 году астрономы международной коллаборации Event Horizon Telescope впервые в истории запечатлели тень этой черной дыры. 

С момента своего открытия джет М 87 стал самым изучаемым объектом такого рода. Множество телескопов, от «Хаббла» до радиотелескопов, направляли на него свои «взгляды». Однако многие его особенности оставались загадкой. Например, яркие сияющие области вдоль струи и темные участки, закрученные в форме спирали. Астрономы предполагали, что эти структуры возникают, когда поток плазмы фокусируется заново или когда отдельные его нити сталкиваются и сливаются, встречая на своем пути новые препятствия, например, области более плотного газа. Но точные механизмы этих процессов долгое время оставались нераскрытыми.

Группа исследователей под руководством Мачека Вильгуса (Maciek Wielgus) из Института астрофизики Андалусии в Испании решила изучить джет М 87 с помощью новейшего инструмента — космического телескопа «Джеймса Уэбба». Мощные инфракрасные сенсоры аппарата позволили рассмотреть знаменитые яркие области джета с невиданной четкостью. Но главное открытие ждало ученых в другом месте.

Статья по теме: Что из себя представляют черные дыры и как их ищут

Астрономы получили данные из другого научного проекта, который изучал звезды галактики М 87. Инфракрасное зрение «Уэбба» идеально подходит для таких наблюдений, но яркий свет звезд затмевал более тусклое свечение джета. Ученым пришлось заново проанализировать данные и «вычесть» мешающий звездный свет. Как шутят сами астрономы, мусор для одного ученого становится ценными данными для другого. Именно так и произошло в этот раз.

Благодаря этой кропотливой работе команда смогла зафиксировать то, что обычно остается невидимым — контрджет. Это вторая струя, которая вырывается из противоположной стороны черной дыры и летит в направлении, обратном основному, хорошо изученному джету.

На новом изображении космической обсерватории прекрасно видна первая яркая точка на основном джете, которую назвали HST-1. Ученые считают, что яркая вспышка возникает из-за сжатия струи, когда она попадает в область пространства с более высоким давлением. Этот процесс похож на образование ярких ромбовидных структур в выхлопе реактивного двигателя ракеты.

Статья по теме: Звезды с необычной «вязкостью» могут имитировать черные дыры

Но настоящим прорывом стало обнаружение конца контрджета. Эта струя обычно гораздо тусклее. Контрджет движется от нас со скоростью, близкой к скорости света. Согласно теории относительности Эйнштейна, такой объект будет казаться земному наблюдателю значительно более тусклым, чем он есть на самом деле. Однако когда этот невидимый луч «врезается» в очередной участок межзвездного газа с другим давлением, плазма «разбрызгивается» и становится видимой для телескопов.

Тот факт, что астрономы смогли в деталях запечатлеть в инфракрасном диапазоне обе стороны «космического фонтана» — и яркий джет, направленный в нашу сторону, и тусклый контрджет, убегающий от нас, — имеет огромное научное значение. Эти точки помогут очертить границы огромной структуры выброшенной материи (пузыря), связанной с активностью ядра M 87.

Теперь, имея столь подробные данные о структуре джета и его противоположной, невидимой ранее части, ученые могут начать строить точные модели. Они помогут понять, из чего состоит газ внутри этого пузыря, как он распределен и как взаимодействует с мощнейшим излучением черной дыры. 

Результаты исследования представлены в журнале Astronomy & Astrophysics.