Ученые выяснили, как квазары с «ложными» координатами сбивают с толку навигационные системы

Астрофизики из МФТИ и ФИАН нашли и исследовали необычный класс активных галактик, координаты которых ранее были определены с ошибкой. Оказалось, что в радиодиапазоне самая яркая их область — не ядро, а ударная волна в джете. Открытие позволит скорректировать систему координат и повысить точность спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС. Статья опубликована в журнале MNRAS.

Что общего у навигатора в телефоне с черными дырами в миллиардах световых лет от Земли? Их объединяют спутники GPS/ГЛОНАСС, которые находят местоположение пользователя по разнице прихода сигнала. Но откуда спутники знают, где находятся сами? Для этого они используют сеть опорных неподвижных радиоисточников на небесной сфере — квазаров.

Квазары — это активные ядра галактик, в центре которых находится сверхмассивная черная дыра, активно поглощающая вещество. Прежде, чем упасть, вещество образует вокруг нее аккреционный диск, который ярко светится в рентгеновском, видимом и радиодиапазоне. Перпендикулярно этому диску также образуется джет — узконаправленный поток частиц, в котором они движутся почти со скоростью света.

Яркость квазаров превышает солнечную в триллионы раз, поэтому мы видим их сквозь миллиарды световых лет. Из-за большой дальности они кажутся неподвижными.

Ученые измеряют их положение с точностью до десятых долей миллисекунды дуги — это как измерить толщину волоса на расстоянии 1000 километров.

Но когда исследователи сравнили данные оптического телескопа Gaia и радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (Radio Fundamental Catalogue), оказалось, что примерно в 10% случаев положения квазаров в оптическом и радиодиапазоне различаются. Это объясняется тем, что в разных диапазонах в излучении квазара доминируют разные части его сложной структуры, состоящей из джета и аккреционного диска.

В этот раз ученые использовали информацию о таких сдвигах координат для поиска квазаров с интересной структурой — когда самой яркой деталью в радиодиапазоне является не ядро, а участок джета на расстоянии нескольких световых лет от него. Астрофизики проанализировали сотни тысяч архивных изображений и обнаружили 35 таких необычных галактик. Ученые рассматривают несколько возможных объяснений этого феномена:

«Вероятно, релятивистская струя, вырываясь из ядра, сталкивается с плотными облаками межзвездного газа вокруг. Образуется стоячая ударная волна, которая работает как гигантский ускоритель частиц и заставляет эту область джета ярко светиться, затмевая истинное ядро галактики», — рассказал Александр Попков, научный сотрудник Лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.

Сами же ядра галактик оказались аномально тусклыми: их яркостная температура в 10-100 раз ниже стандартного значения. Возможно, их излучение поглощает межзвездная плазма, окружающая ядро.

Другая возможная причина — нетипичные параметры самого джета. Ядро может располагаться в той его области, где частицы еще недостаточно ускорились. Эти результаты представляют вызов для существующих физических моделей излучения джета, которые на сегодня еще не могут воспроизвести такие наблюдаемые параметры.

Авторы подчеркивают, почему эти источники так важны:

«Квазары — это своеобразные маяки для всех навигационных спутников. Если мы используем для ориентации такой „ложный маяк“, появляется систематическая ошибка. Наша выборка — это „черный список“ для таких источников. Их либо нужно учитывать с поправкой, либо совсем исключать из числа опорных объектов для калибровки спутниковых систем. Кроме того, если активность ядра или характеристики ударной волны меняются со временем, то положение объекта может „скакать“. Это тоже важно учитывать», — Александр Попков, научный сотрудник Лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.

В будущем ученые планируют пополнить список «ложных маяков», внести новые данные в астрометрические каталоги и списки опорных источников для космической навигации. Кроме того, ученые уже провели новые наблюдения подобных квазаров с помощью сети радиотелескопов VLBA (Very Long Baseline Array), чтобы детальнее изучить их природу. Данные находятся в обработке.