Астрономы превратили 116 наблюдений блазара 3C 345, сделанных с 1995 по 2022 год, в непрерывное видео движения плазмы возле сверхмассивной чёрной дыры. Реконструкция показала детали, которые терялись на отдельных радиоснимках, и поставила под сомнение привычное объяснение ярких сгустков внутри джета. Сам объект находится примерно в 5,5 млрд световых лет от нас, а струя плазмы направлена почти вдоль линии зрения на Землю.
3C 345 относится к блазарам, активным ядрам далёких галактик, чьи релятивистские джеты смотрят почти в сторону наблюдателя. В случае 3C 345 угол между осью струи и направлением на Землю оценивают всего в 3–6,8°. Формулировка о «выстреле в Землю» поэтому описывает геометрию системы, а не опасность для планеты: чёрная дыра находится на колоссальном расстоянии, и никаких последствий для Земли наблюдения не предполагают.
Исходные данные получили методом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой, при котором сигналы от удалённых друг от друга радиотелескопов объединяют так, словно наблюдение ведёт единый инструмент размером в тысячи километров. Все 116 сеансов проводились на частоте 15 ГГц. Проблема заключалась в том, что каждый сеанс давал отдельный снимок, тогда как плазма непрерывно меняется и движется.
Алгоритм Kine обработал весь набор наблюдений одновременно. Небольшая нейросеть научилась связывать положение на изображении и момент времени с яркостью и поляризацией излучения, после чего смогла восстановить промежуточные состояния джета. Получившееся видео не является обычной записью телескопа: кадры между реальными наблюдениями вычислены на основе измерений до и после нужного момента. Проверки на искусственных данных показали, что при качестве наблюдений 3C 345 надёжная интерполяция сохраняется на промежутках до нескольких месяцев.
Такой подход дал примерно в четыре раза более высокое пространственное разрешение по сравнению с традиционной обработкой и увеличил динамический диапазон примерно в 140 раз. В результате исследователи смогли следить не только за несколькими хорошо заметными яркими сгустками, но и измерять движение плазмы в разных частях струи почти точка за точкой.
Именно карта скоростей принесла главный сюрприз. Яркие компактные образования в джете давно считали ударными волнами, которые проходят через окружающую плазму и должны двигаться заметно быстрее основного потока. В 3C 345 скорости ярких структур оказались того же порядка, что и скорость вещества вокруг них. Дополнительным аргументом стало отсутствие ожидаемой связи между яркими образованиями и максимумами поляризации.
Авторы поэтому не нашли признаков того, что наблюдаемые сгустки представляют собой сильные движущиеся ударные волны. Более подходящим объяснением для 3C 345 оказались участки повышенной яркости, возникающие из-за локального усиления магнитного давления и релятивистского эффекта Доплера. Вывод относится только к одному блазару и сам по себе не опровергает ударные модели для других джетов.
На реконструкции некоторые структуры демонстрируют кажущееся сверхсветовое движение. Нарушения теории относительности здесь нет. Плазма летит почти со скоростью света под очень небольшим углом к направлению на Землю, поэтому разница во времени прихода света создаёт на небе иллюзию движения быстрее света. Такой эффект давно известен при наблюдениях релятивистских джетов.
Kine может работать и с гораздо более быстрыми процессами. Авторы уже показали возможность применять метод к данным Телескопа горизонта событий, включая наблюдения сверхмассивных чёрных дыр Стрелец A* и M87*. Если подход выдержит дальнейшие проверки, вместо отдельных изображений окрестностей чёрных дыр астрономы смогут получать временные реконструкции и непосредственно изучать, как меняются плазма и магнитные поля возле горизонта событий.
