Астрономы впервые увидели межзвездную турбулентность напрямую

По сообщению исследователей из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов, опубликованному в журнале Astrophysical Journal Letters, впервые получены прямые наблюдательные признаки турбулентности в межзвездной среде, искажающей распространение радиоволн. Результаты важны для уточнения структуры галактической плазмы и улучшения изображений сверхмассивной черной дыры Стрелец А*.

Почему сигнал «искажается» в пространстве?

Пространство между звездами Млечного Пути заполнено разреженной плазмой — смесью ионов и электронов. Она не статична: внутри постоянно происходят хаотические движения, которые астрономы называют турбулентностью.

Когда радиоволны проходят через такие области, их путь искривляется. В наблюдениях это проявляется в рассеянии сигнала, его «размытии» и появлении ложных структур. По аналогии это похоже на наблюдение предметов через горячий воздух над костром, где изображение дрожит и разбивается на фрагменты.

До сих пор ученые уверенно фиксировали сам эффект рассеяния, но напрямую восстановить его тонкую структуру не смогли.

Квазар как тестовый источник

В качестве «фонового маяка» использовался квазар TXS 2005+403, яркий радиоджет, связанный со сверхмассивной черной дырой на расстоянии около 10 миллиардов световых лет в направлении созвездия Лебедя.

Его сигнал, направляясь к Земле, проходит через одну из самых неспокойных зон Млечного Пути. Именно эта область работает как естественная линза, но не усиливает, а искажает сигнал.

Неожиданные результаты наблюдений

Данные собирались в течение почти десяти лет с использованием сети радиотелескопов с очень длинной базовой решеткой, которая соединяет антенны по всей территории Соединенных Штатов и обеспечивает сверхвысокое угловое разрешение.

Ожидали, что при прохождении через сильно рассеивающую среду сигнал квазара станет практически однородным и исчезнет на самых длинных базах интерферометра. Однако наблюдения показали обратное: вместо полного размытия возникла устойчивая структура с выраженными «пятнами» и коррелированными искажениями.

Александр Плавин, один из авторов работы, описывает это так:

"На самых дальних парах телескопов изображение квазара не должно было быть видно, но, к нашему удивлению, они четко зафиксировали его сигнал или слабое свечение. Это нельзя объяснить простым размытием или самим квазаром, и он ведет себя так, как должна вести себя турбулентность, поэтому мы знаем, что наблюдаем эффекты межзвездной турбулентности", - сказал Плавин.

Он добавляет, что свойства этого рассеивающего слоя вдоль линии наблюдения остаются стабильными в масштабах времени наблюдения, что позволяет считать его относительно стабильной структурой.

Масштаб и физический смысл явления

Зарегистрированная турбулентность проявляется в масштабах порядка размеров Солнечной системы. Это важный диапазон, поскольку именно эти структуры влияют на перенос энергии в межзвездной среде и условия звездообразования.

Турбулентные потоки перераспределяют энергию газа, создавая области повышенной плотности, где впоследствии могут начаться процессы гравитационного коллапса. Таким образом, речь идет не только об искажении радиосигналов, но и о механизмах, связанных с эволюцией галактики.

Последствия для наблюдений черных дыр

Практическое значение работы связано с проблемой получения четких изображений черных дыр. Наблюдения телескопа «Горизонт событий», включая изображения Стрельца А*, искажены межзвездным рассеянием.

Понимание структуры турбулентности позволяет нам моделировать эти искажения и компенсировать их при обработке данных. Это напрямую влияет на точность реконструкции «теней» черных дыр и мелких деталей аккреционных структур.