Астрономы впервые напрямую увидели межзвездную турбулентность

Почему сигнал «искажается» в космосе

Пространство между звездами в Млечном Пути заполнено разреженной плазмой — смесью ионов и электронов. Она не статична: внутри постоянно происходят хаотичные движения, которые астрономы описывают как турбулентность.

Когда радиоволны проходят через такие области, их траектория искривляется. В наблюдениях это проявляется как рассеяние сигнала, его «размытие» и появление ложных структур. По аналогии это похоже на наблюдение предметов через горячий воздух над костром, где изображение дрожит и распадается на фрагменты.

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

Квазар как тестовый источник

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

Его сигнал, направляясь к Земле, проходит через одну из наиболее турбулентных зон Млечного Пути. Именно эта область работает как естественная линза, но не усиливающая, а искажающая сигнал.

Неожиданные результаты наблюдений

Данные собирались почти десять лет с помощью сети радиотелескопов Very Long Baseline Array, которая объединяет антенны по всей территории США и позволяет получать сверхвысокое угловое разрешение.

Ожидалось, 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 это ведет себя так, как и должно вести себя турбулентность, а именно поэтому мы знаем, что наблюдаем эффекты межзвездной турбулентности», — сказал Плавин. 

Он добавляет, что свойства этого рассеивающего слоя вдоль линии наблюдения остаются стабильными на временных масштабах наблюдений, что позволяет рассматривать его как относительно устойчивую структуру.

Масштаб и физический смысл явления

Зафиксированная турбулентность проявляется на масштабах порядка размеров Солнечной системы. Это важный диапазон, поскольку именно такие структуры влияют на перенос энергии в межзвездной среде и на условия формирования звезд.

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

Значение для наблюдений черных дыр

Практическое следствие работы связано с проблемой получения четких изображений черных дыр. Наблюдения проекта Event Horizon Telescope, включая изображения Sagittarius A*, искажаются именно из-за межзвездного рассеяния.

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