|
Сверхмассивные черные дыры находятся в эпицентре бурь
|
|
|
|
Гигантские черные дыры скрываются в центре практически каждой галактики, включая нашу, но нам не хватает точной картины того, какое влияние они оказывают на окружающую среду. Тем не менее, группа ученых под руководством Чикагского университета использовала данные с недавно запущенного спутника, чтобы дать нам самое четкое представление о кипящем, бурлящем газе, окружающем две сверхмассивные черные дыры, каждая из которых расположена в центре массивных скоплений галактик.
|
|
|
|
"Впервые мы можем напрямую измерить кинетическую энергию газа, перемешиваемого черной дырой", - сказала Энни Хайнрих, аспирантка UChicago и одна из ведущих авторов одной из двух статей о результатах, опубликованных в Nature. - Это похоже на то, как если бы каждая сверхмассивная черная дыра находилась в "эпицентре своего собственного шторма".
|
|
|
|
Данные получены со спутника XRISM, который был запущен в 2023 году Японским агентством аэрокосмических исследований в партнерстве с НАСА и Европейским космическим агентством. Он обладает уникальной способностью отслеживать движение и определять химический состав чрезвычайно горячего газа, излучающего рентгеновское излучение, в скоплениях галактик.
|
|
|
|
"Рентгеновский анализ позволяет нам однозначно отличить движение газа, вызванное черной дырой, от движения, вызванного другими космическими процессами, что ранее было невозможно", - сказал Конгьяо Чжан, бывший научный сотрудник Университета штата Мичиган, в настоящее время работающий в Университете Масарика, который был одним из руководителей исследования Nature.
|
|
|
|
|
|
|
Сверхмассивные черные дыры привлекают внимание ученых во многих отношениях, но один важный аспект заключается в том, что они часто "едят неаккуратно". Когда звезды и газ притягиваются к горизонту событий черной дыры, потоки энергичных частиц выбрасываются со скоростью, близкой к скорости света. Эти потоки могут перемешивать газ и выделять тонны энергии в область, окружающую черную дыру. Это влияние распространяется далеко за пределы черной дыры, удаляясь на сотни тысяч световых лет.
|
|
|
|
Ученые давно подозревали, что эти черные дыры играют большую роль в формировании галактик, как внутри, так и за пределами скоплений галактик, регулируя скорость звездообразования. Механизм этого процесса в деталях до сих пор остается неясным, но он является ключом к пониманию эволюции галактик.
|
|
|
|
Некоторые свидетельства влияния сверхмассивных черных дыр на газ вокруг них ранее были обнаружены на рентгеновских снимках. Однако это всего лишь статичные изображения динамического процесса. Новый спутник XRISM позволяет астрономам лучше понять влияние черной дыры, точно измеряя энергию рентгеновских лучей, исходящих от горячего газа.
|
|
|
|
Каждый элемент в газе излучает свет определенной энергии, подобно атомным отпечаткам, которые обнаруживает XRISM. Форма этих отпечатков говорит ученым о том, с какой скоростью движется газ.
|
|
|
|
Это придает картине совершенно новое измерение.
|
|
|
|
"До появления рентгеновского излучения мы как будто могли видеть картину шторма", - сказал Генрих. "Теперь мы можем измерить скорость циклона".
|
|
Турбулентное движение
|
|
|
|
В одном из исследований рассматривалось скопление в созвездии Девы, самое близкое к Земле скопление галактик, в котором находится знаменитая сверхмассивная черная дыра M87*. Близость скопления дает рентгеновскому исследованию возможность "приблизить" относительно небольшую область вокруг черной дыры. Полученные данные показали самую сильную турбулентность, когда—либо измеренную в скоплении галактик, - даже более быструю, чем та, которая наблюдается при слиянии скоплений галактик, что является одним из самых бурных космических событий со времен Большого взрыва.
|
|
|
|
"Ближе всего к черной дыре скорости высоки, а дальше они очень быстро падают", - сказала Ханна Макколл, аспирантка UChicago и основной автор статьи, в которой анализируется скопление Девы, принятой к публикации в Astrophysical Journal. "Самые быстрые движения, вероятно, происходят из-за сочетания вихрей турбулентности и ударной волны выходящего газа, которые являются продуктом черной дыры".
|
|
|
|
Ученые также обратили внимание на скопление Персея, скопление галактик, которое наиболее ярко светится в рентгеновском спектре с Земли. Его яркость позволила ученым составить карту движения газа как непосредственно вокруг центра скопления, так и немного дальше от него. Они могли ясно видеть отчетливое увеличение скоростей, вызванное черной дырой, в дополнение к крупномасштабным движениям газа, которые вызваны другим событием - слиянием Персея с цепочкой галактик.
|
|
|
|
Это дает ключ к разгадке продолжающегося научного вопроса о том, как сверхмассивные черные дыры влияют на количество звезд, которые формируются вокруг них.
|
|
|
|
В течение многих лет астрономы замечали в центрах этих крупных скоплений галактик меньше звезд, чем они ожидали. Одним из возможных объяснений является выделение тепла из газа вокруг черных дыр. Согласно новым данным, по словам ученых, если энергия движения газа будет полностью преобразована в тепло, этого будет достаточно, чтобы противодействовать быстрому охлаждению газа, которое способствует звездообразованию.
|
|
|
|
"Остается открытым вопрос, является ли это единственным процессом нагрева, но результаты показывают, что турбулентность является необходимым компонентом энергетического обмена между сверхмассивными черными дырами и их окружением", - сказал Макколл.
|
|
|
|
По мере того как рентгеновский аппарат продолжает собирать данные, ученые надеются пролить больше света на взаимосвязь между черными дырами и их галактиками, в том числе на то, как меняется взаимодействие со временем, насколько сильно черная дыра выбрасывает энергию в свое окружение и как эта энергия преобразуется в тепло.
|
|
|
|
"Основываясь на том, что мы уже узнали, я уверена, что мы приближаемся к решению некоторых из этих загадок", - сказала Ирина Журавлева, доцент кафедры астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Чикаго и соавтор обоих исследований.
|
|
|
|
Источник
|
