Квазар 3C273, наблюдаемый космическим телескопом Хаббла (HST) (слева). Превышение яркости приводит к радиальным утечкам света, создаваемым светом, рассеянным телескопом. В правом нижнем углу видна высокоэнергетическая струя, испускаемая газом вокруг центральной черной дыры. | Радиоизображение 3C273, полученное ALMA, показывает слабое и протяженное радиоизлучение (бело-голубой цвет) вокруг ядра (справа). Яркий центральный источник был вычтен из изображения. Та же струя, что и на изображении слева, выделена оранжевым цветом. Авторы и права: Комуги и др., космический телескоп Хаббл НАСА/ЕКА.

3C273, который находится на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли, является квазаром. Квазар — это ядро ​​галактики, в центре которой находится массивная черная дыра, которая поглощает окружающий материал, испуская огромное излучение. Вопреки своему мягкому названию, 3C273 является первым из когда-либо обнаруженных квазаров, самым ярким и лучше всего изученным. Это один из наиболее часто наблюдаемых источников в телескопы, поскольку его можно использовать в качестве эталона положения на небе: другими словами, 3C273 — это радиомаяк.

Когда вы видите фары автомобиля, их ослепительная яркость затрудняет видение более темного окружения. То же самое происходит с телескопами, когда вы наблюдаете за яркими объектами. Динамический диапазон — это контраст между самыми яркими и самыми темными тонами изображения. Вам нужен широкий динамический диапазон, чтобы показать как яркие, так и темные части в одном снимке телескопа. ALMA может регулярно достигать динамических диапазонов изображения примерно до 100, но коммерчески доступные цифровые камеры обычно имеют динамический диапазон в несколько тысяч. Радиотелескопы не очень хорошо видят объекты со значительным контрастом.

3C273 десятилетиями был известен как самый известный квазар, но знания были сосредоточены на его ярких центральных ядрах, откуда исходит большинство радиоволн. Однако о самой галактике-хозяине известно гораздо меньше, потому что для обнаружения комбинации слабой и диффузной галактики с ядром 3C273 требуются такие высокие динамические диапазоны. Исследовательская группа использовала технику, называемую самокалибровкой, чтобы уменьшить утечку радиоволн из 3C273 в галактику, которая использовала саму 3C273 для коррекции влияния атмосферных колебаний Земли на систему телескопа. Они достигли динамического диапазона изображения 85000, что является рекордом ALMA для внегалактических объектов.

В результате достижения высокого динамического диапазона изображения команда обнаружила слабое радиоизлучение , простирающееся на десятки тысяч световых лет над родительской галактикой 3C273. Радиоизлучение вокруг квазаров обычно предполагает синхротронное излучение, которое исходит от высокоэнергетических событий, таких как вспышки звездообразования или сверхбыстрые джеты, исходящие из центрального ядра. Синхротронная струя существует и в 3C273, она видна в правом нижнем углу изображения. Существенной характеристикой синхротронного излучения является изменение его яркости в зависимости от частоты, но слабое радиоизлучение, обнаруженное командой, имело постоянную яркость независимо от радиочастоты. После рассмотрения альтернативных механизмов команда обнаружила, что это слабое и продолжительное радиоизлучение исходит отгазообразный водород в галактике, питаемый непосредственно ядром 3C273. Впервые обнаружено, что радиоволны от такого механизма распространяются на десятки тысяч световых лет в родительской галактике квазара. Астрономы десятилетиями упускали из виду это явление в этом культовом космическом маяке.

Так почему же это открытие так важно? Для галактической астрономии остается большой загадкой, может ли энергия ядра квазара быть достаточно сильной, чтобы лишить галактику способности образовывать звезды. Слабое радиоизлучение может помочь решить эту проблему. Газообразный водород является важным компонентом для создания звезд, но если на него падает такой интенсивный свет, что газ распадается (ионизируется), никакие звезды не могут родиться. Чтобы изучить, происходит ли этот процесс вокруг квазаров, астрономы использовали оптический свет , излучаемый ионизированным газом. Проблема работы с оптическим светом заключается в том, что космическая пыль поглощает свет на пути к телескопу, поэтому трудно определить, сколько света испускает газ.

Более того, механизм, ответственный за испускание оптического света, сложен, что заставляет астрономов делать множество предположений. Радиоволны, обнаруженные в этом исследовании, исходят из того же газа благодаря простым процессам и не поглощаются пылью. Использование радиоволн значительно упрощает измерение ионизированного газа, создаваемого ядром 3C273. В этом исследовании астрономы обнаружили, что по крайней мере 7% света от 3C273 поглощается газом в галактике-хозяине , создавая ионизированный газ, масса которого в 10–100 миллиардов раз превышает массу Солнца. Однако в 3C273 было много газа непосредственно перед формированием звезд, так что в целом не похоже, чтобы звездообразование было сильно подавлено ядром.

«Это открытие открывает новые возможности для изучения проблем, которые ранее решались с помощью наблюдений в оптическом свете», — говорит Шинья Комуги, доцент Университета Когакуин и ведущий автор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal . «Применяя ту же технику к другим квазарам, мы надеемся понять, как развивается галактика посредством взаимодействия с центральным ядром».