Астрофизики раскрыли механизм ритмичных вспышек блазара Тон 599

На расстоянии около 4,7 миллиарда световых лет от Земли находится один из самых ярких и нестабильных объектов Вселенной — блазар Тон 599. Это сверхмассивная черная дыра, релятивистский джет которой направлен прямо на нас. Эффект Доплера усиливает излучение джета в сотни и тысячи раз, превращая объект в мощный космический маяк. Тон 599 относится к радиоквазарам с плоскими радиоспектрами и входит в число немногих блазаров, зафиксированных в ТэВ-диапазоне.

На протяжении последних 40 лет блазар систематически вспыхивает в радио-, оптическом и гамма-диапазонах. Однако до сих пор оставалось неясным, есть ли за этой кажущейся хаотичностью закономерность. Переменность блазаров по своей природе стохастична: внутренние ударные волны в джете, турбулентные магнитные перезамыкания и хаотическая аккреция создают шум, способный скрыть слабые периодические сигналы.

Два метода, один вывод

Чтобы выделить скрытые ритмы, авторы применили два независимых метода: классическую периодограмму Ломба — Скаргла (LS) и весовое вейвлет Z-преобразование (WWZ). Оба метода анализировали ряды наблюдений в нескольких частотных диапазонах одновременно. Данные включали радионаблюдения на частотах 1–230 ГГц с телескопов РАТАН-600, РТ-32, РТ-22 и других, оптические измерения в R-полосе и 17-летний ряд гамма-данных телескопа Fermi-LAT.

Перекрестный анализ кривых блеска методом дискретной корреляционной функции показал высокую корреляцию между гамма-, оптическим и радиоизлучением с временными задержками от нуля до 360 дней. Это означает, что все три вида излучения генерируются одной и той же популяцией частиц в джете.

Двойная черная дыра и прецессия джета

Анализ с помощью LS и WWZ выявил несколько квазипериодических компонент: краткосрочные периоды около 1,4 и 1,7 года, а также долгосрочные — около 6,5 и 7,5 лет. Те же периоды прослеживаются в исторических данных 1997–2011 годов, что говорит об устойчивости механизма на десятилетних масштабах.

Для объяснения наблюдаемой периодичности ученые применили модель двойной сверхмассивной черной дыры с прецессирующим джетом. Согласно модели, в центре галактики находятся две черные дыры с массами около 1,4 × 10⁸ и 3,6 × 10⁸ масс Солнца. Их орбитальное движение вызывает периодический прилив в джете, а гравитационные взаимодействия заставляют джет прецессировать. Модель предсказывает орбитальные периоды от 1,2 до 1,7 года и периоды прецессии от 5,8 до 7,7 года, что хорошо согласуется с наблюдениями.

Зависимость параметров от наблюдательной частоты указывает на стратифицированную структуру джета: излучение на разных частотах формируется в разных зонах вдоль его оси, и сигнал приходит с разными фазами. Краткосрочные яркие вспышки авторы связывают с ударными волнами внутри джета — стохастической компонентой, наложенной на регулярный квазипериодический фон.

Таким образом, переменность Тон 599 описывается сочетанием геометрических эффектов (орбитальное движение и прецессия) и стохастических процессов (внутренние удары и магнитные перезамыкания). Результаты опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Юлия Сотникова, заместитель директора САО РАН по научной работе и руководитель исследования, отметила, что 40 лет систематических наблюдений стали фундаментом для этого открытия. По ее словам, большая часть радиоданных публикуется впервые. Александр Попков из МФТИ добавил, что сбор данных более десяти телескопов за четыре десятилетия позволил увидеть за хаосом вспышек строгую архитектуру.

Блазар Тон 599 становится космической лабораторией для гравитационно-волновой астрономии будущего: по измеренным электромагнитным периодам можно будет изучать взаимодействие двух сверхмассивных черных дыр. Работа поддержана Министерством науки и высшего образования РФ.