До недавних пор квазары считались самыми неподвижными объектами звёздного неба. В то время как близкие к Земле объекты передвигаются по сложным траекториям, отдалённость квазаров от Земли давала повод считать их надёжными и стабильными ориентирами для таких важных практических задач, как навигация и изучение тектонических процессов. Однако международная группа астрофизиков, в которую входят сотрудники МФТИ, обнаружила, что квазары не стоят на месте, и объяснила причину такого поведения.
Результаты исследования опубликованы в журнале MNRAS.
«Эффект частотно-зависимого сдвига видимого положения квазара был предсказан около сорока лет назад на основании теории синхротронного излучения и вскоре был успешно обнаружен, — прокомментировал Александр Пушкарев, ведущий научный сотрудник Крымской астрофизической обсерватории и ФИАН. — Целью нашего исследования было выяснить, переменен ли эффект, и если да, то насколько сильно и на каких масштабах времени».
Квазары принадлежат к более широкому классу астрономических объектов — активным ядрам галактик. Земле повезло не иметь таких соседей: фактически активное ядро галактики представляет собой «огнедышащую» чёрную дыру, выбрасывающую две противоположно-направленные струи плазмы — релятивистские джеты. Сама чёрная дыра находится в центре объекта и, конечно, невидима. Чёрную дыру окружает непрозрачная область — своего рода «завеса», преодолеть которую может только самое высокочастотное излучение. Поэтому для наблюдателя с Земли активное ядро галактики будет выглядеть по-разному в зависимости от диапазона частот, в котором производилось наблюдение. Например, в оптическом диапазоне можно различить и джет, и свечение вокруг его источника. В радиодиапазоне от квазара видна только часть «хвоста», направленная на нас.
Самый точный на сегодня способ наблюдения отдалённых объектов в радиодиапазоне — это радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами. Этот метод позволяет симулировать один гигантский телескоп, расставив по большой территории много обычных, и получить информацию о далёком источнике радиоволн с большим разрешением. Однако такие данные сложно интерпретировать: настоящее изображение «зашифровано» в перекличках участвующих в наблюдениях телескопов.
Учёные разработали автоматическую процедуру, анализирующую зашифрованные данные. Оказалось, что координата видимого начала джета не стоит на месте, а колеблется туда-сюда вдоль направления джета. Можно было бы подумать, что подвижен сам источник. Однако астрофизики утверждают, что подобные колебания — это своего рода иллюзия, так как причина явления кроется в непростой природе излучения, а источники — ядра квазаров — никаких смещений в пространстве не совершают.
«Уже давно, с прошлого века, существует теория, объясняющая видимое поведение квазаров излучением быстрых электронов. Однако эта модель ничего не говорит о том, как излучение может меняться со временем, — рассказал Александр Плавин, сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ и аспирант ФИАН. — До недавнего времени проще было закрыть глаза на такую переменность и для практических целей считать активные ядра галактик неподвижными. Сейчас у нас накопилось достаточно данных, которые удалось аккуратно и эффективно обработать с помощью специально разработанного автоматического метода. Именно это позволило обнаружить наличие переменности положений и связать ее с физическими процессами в джетах».
В чем может быть причина феномена? Чтобы ответить на этот вопрос, авторы проверили, существуют ли корреляции видимого положения ядра с какими-либо переменными параметрами квазара — например, магнитным полем или яркостью. Оказалось, что видимая координата ядра напрямую связана с плотностью частиц в джете: кажущийся сдвиг ядра происходит синхронно с увеличением яркости. В рамках теоретической модели это может указывать на роль ядерных вспышек, впрыскивающих более плотную плазму в джет, в поведении квазара.