Прорыв в гамма-астрономии: долгожданный сигнал от BL Ящерицы

С помощью наземного гамма-телескопа MAGIC астрономам впервые удалось зарегистрировать жесткое гамма-излучение от знаменитого активного галактического ядра BL Ящерицы (BL Lacertae). Этот объект, давший название целому классу лацертид, долгое время оставался неуловимым в диапазоне энергий порядка ТэВ, хотя его «собратья» уже были хорошо изучены. Почему же главная лацертида так долго пряталась от гамма-телескопов и что означает ее обнаружение?

Космические ускорители и охота за гамма-квантами

Самые бурные процессы во Вселенной — взрывы сверхновых, аккреция вещества на черные дыры — часто сопровождаются рождением гамма-лучей. Например, гамма-всплеск в 7 млрд световых лет увидели с Земли, что показало, насколько мощными могут быть такие события. Эти фотоны несут колоссальную энергию, но земной атмосферы они не достигают. Чтобы их поймать, ученые строят либо спутниковые обсерватории, либо наземные телескопы, которые регистрируют вспышки черенковского излучения — короткие голубоватые свечения, возникающие, когда гамма-квант сталкивается с молекулами воздуха.

До недавнего времени в этой области безоговорочно лидировал проект H.E.S.S. — система из четырех телескопов в Намибии, каждый с зеркалом менее 12 метров в диаметре. Но в строй вошел MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) на острове Пальма Канарского архипелага. Его 17-метровое зеркало сделало телескоп крупнейшим в своем классе и позволило конкурировать с H.E.S.S. на равных. Именно MAGIC и удалось то, что долго не давалось другим: зафиксировать гамма-излучение от BL Lacertae.

Лацертиды: взгляд в самое жерло

Активные ядра галактик — это области вокруг сверхмассивных черных дыр, куда падает вещество. Падая, оно закручивается в аккреционный диск и разогревается до чудовищных температур. Часть вещества выбрасывается прочь в виде двух узких струй (джетов), бьющих перпендикулярно диску. Если такая струя направлена почти точно на Землю, мы видим лацертиду, или блазар.

Название «лацертида» происходит от BL Ящерицы — первого открытого объекта такого типа. Его обнаружили как переменную звезду в созвездии Ящерицы. Обозначение «BL» — часть системы именования переменных звезд, где первая открытая в созвездии получает букву R, затем S, T и так далее, а после исчерпания одиночных букв переходят к двойным комбинациям, таким как BL. Лишь позже выяснилось, что это не звезда, а внегалактический объект, удаленный от нас почти на миллиард световых лет.

Сейчас известно множество лацертид. Их объединяет непрерывный спектр яркого ядра с очень слабыми эмиссионными линиями, сильная переменность блеска и высокая поляризация излучения. Согласно единой модели активных ядер, то, каким мы видим такой объект, зависит от ориентации: если мы смотрим сквозь пылевой тор, окружающий диск, излучение поглощается; если же нам повезло заглянуть прямо в джет, мы видим частицы, летящие на нас и излучающие в направлении своего движения. Это излучение может быть очень жестким — вплоть до гамма-диапазона.

Два типа лацертид и загадка BL Lac

Лацертиды делятся на два подкласса по положению первого максимума в их спектре. У одних он лежит в ультрафиолетовой или рентгеновской области — именно такие объекты раньше и регистрировались в жестком гамма-диапазоне. У других, к которым относится BL Ящерицы, первый пик приходится на субмиллиметровые волны или видимый свет. До сих пор ни один источник этого типа не давал гамма-сигнала на энергиях порядка ТэВ.

Почему? Возможно, их излучение в этой области просто слабее, и нужна очень высокая чувствительность, чтобы его заметить. Попытки были: время от времени появлялись сообщения о регистрации BL Lacertae, но все они не подтверждались — сигнал был на грани обнаружения, а последующие наблюдения на более совершенных инструментах давали отрицательный результат.

50 часов ожидания

Команда MAGIC подошла к задаче основательно. Чтобы накопить достаточно данных, потребовалось суммировать почти 50 часов наблюдений. Учтите: телескопы такого типа работают только в ясные безлунные ночи, так что на это ушли недели. В итоге удалось зарегистрировать излучение в диапазоне от 0,1 до 1 ТэВ — жесткие гамма-кванты, рожденные в джете BL Ящерицы.

Это открытие — не просто галочка в списке. Оно показывает, что лацертиды с длинноволновым первым максимумом тоже способны генерировать излучение сверхвысоких энергий. Теперь можно ожидать обнаружения и других подобных источников.

Что дальше?

В ближайшее время гамма-астрономия получит мощный импульс. В 2007 году планируется запуск двух спутников: итальянского AGILE и американского GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) — самого крупного детектора, когда-либо работавшего в этом диапазоне. Одновременные наблюдения активных ядер во всем спектре — от радио до ТэВ-ных гамма-лучей — станут реальностью. Уже сейчас 500 рентгеновских маяков найдены в пустых участках неба, среди которых есть активные ядра галактик. Наземные установки тоже совершенствуются: H.E.S.S. получит дополнительный большой телескоп, который превзойдет MAGIC по размеру.

Все это приблизит ученых к разгадке механизма работы активных ядер галактик, где еще немало интригующих неясностей. Как именно ускоряются частицы в джетах? Почему одни лацертиды ярче других в гамма-лучах? Ответы на эти вопросы, возможно, уже не за горами. Понимание этих процессов может пролить свет и на другие загадки, такие как гамма-всплеск, светившийся 125 дней вместо недели.