|
Найден недостающий ветер черной дыры Млечного Пути
|
|
|
|
Охота завершена. После более чем 50 лет поисков астрофизики из Северо-Западного университета наконец-то обнаружили свидетельства мощного ветра, дующего из центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, Стрельца А* (Sgr A*).
|
|
|
|
Согласно теоретической физике и давно принятому пониманию эволюции галактик, черные дыры, поглощая вещество, должны производить ветер или струи. Даже небольшое количество газа, падающего в черную дыру, должно генерировать достаточно энергии, чтобы вытолкнуть вещество наружу. Без ветра Sgr A* был бы уникальным исключением.
|
|
|
|
Но до сих пор никто не мог его найти.
|
|
|
|
Предоставив наиболее подробное на сегодняшний день представление о том, как Sgr A* взаимодействует с окружающей средой и преобразует ее, ученые разрешили одну из самых давних загадок астрономии. Это также открывает новое окно в физику, действующую в центре Млечного Пути.
|
|
|
|
«Если чёрная дыра не существует в идеальном вакууме, она должна каким-то образом извергать чёрный ветер», — сказал Марк Горски из Северо-Западного университета, один из руководителей исследования. «А идеального вакуума во Вселенной не существует. Благодаря новым наблюдениям, это первый раз, когда у нас есть достаточно чёткое изображение, чтобы увидеть след этого ветра. Мы посмотрели на данные и сказали: «Вот оно. Вот то, что все искали 50 лет».
|
|
|
|
|
|
|
«Мы первыми показали, что молекулярный газ, находящийся очень и очень близко к чёрной дыре, питает её», — сказала Елена Мурчикова, соруководитель исследования вместе с Горски. «Ветер не очень сильный, и его направление, вероятно, меняется со временем». Это показывает, что наша черная дыра не уникальна, и наше место во Вселенной тоже не уникально».
|
|
|
|
Горски, специализирующийся на эволюции галактик, является научным сотрудником-преподавателем в Центре междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA) Северо-Западного университета. Мурчикова, эксперт по астрофизике черных дыр, является доцентом физики и астрономии в Колледже искусств и наук Вайнберга Северо-Западного университета и членом CIERA.
|
|
|
|
Хотя черные дыры печально известны тем, что поглощают все, что приближается к ним слишком близко, они не просто притягивают материю. Они также выталкивают ее наружу. На протяжении десятилетий теоретики предсказывали, что все активно питающиеся черные дыры испускают мощные выбросы.
|
|
|
|
По мере того, как материя спирально движется внутрь к черной дыре, она движется все быстрее и быстрее — пока не достигнет скорости, близкой к скорости света. Это создает достаточно энергии и давления, чтобы выбросить часть горячей, быстро движущейся материи наружу в виде ветров или струй.
|
|
|
|
Астрономы обнаружили доказательства этого явления. Изучив прошлые выбросы черной дыры из Sgr A*, исследователи столкнулись с трудностями при обнаружении текущих выбросов. Команда из Северо-Западного университета утверждает, что это, вероятно, связано с тем, что Sgr A* находится в более спокойной фазе и её невероятно сложно наблюдать.
|
|
|
|
«Чтобы наблюдать за нашей собственной черной дырой, нам нужно смотреть сквозь плоскость нашей галактики», — сказала Мурчикова. «Это означает, что нам нужно смотреть сквозь газ, пыль и ионизированные структуры, а сквозь всё это не так-то просто».
|
|
|
|
Теперь, благодаря новым инструментам и наблюдениям, команда наконец смогла рассмотреть её более детально. Используя пятилетние чрезвычайно глубокие наблюдения с помощью радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) в Чили, Горски и Мурчикова создали самое четкое изображение холодного молекулярного газа, окружающего черную дыру, из когда-либо полученных.
|
|
|
|
Изображение отражало газ, расположенный невероятно близко к Sgr A* — всего в одном парсеке (или примерно в трех световых годах) от черной дыры. Затем дуэт применил метод калибровки для удаления черного газа. Яркие радиосигналы черной дыры. Полученное изображение в 100 раз глубже и в 80 раз резче, чем предыдущие карты этого региона. Благодаря такому уровню детализации были обнаружены структуры, которые были совершенно невидимы при предыдущих наблюдениях.
|
|
|
|
Но одна недавно обнаруженная, безошибочно узнаваемая особенность поразила Горски и Мурчикову. Обширная конусообразная полость — почти один парсек в длину и 45 градусов в ширину — была лишена холодного молекулярного газа. По словам исследователей, только горячий, энергичный ветер, дующий от Sgr A*, мог создать эту полость. Куда бы ни направлялся горячий ветер, он либо уносит холодный газ, либо нагревает его.
|
|
|
|
«Если вы выдуваете горячий материал из черной дыры, он не захочет существовать вместе с холодным материалом, — сказал Горски. — Он либо вытолкнет холодный материал, либо нагреет его». А если будет слишком жарко, вы больше не увидите холодный газ».
|
|
|
|
Хотя звёзды тоже создают ветры, звёздные ветры недостаточно сильны, чтобы вырезать такую чистую область такого размера. Даже объединённой мощности всех близлежащих звёзд недостаточно.
|
|
|
|
«Это огромный дефицит вещества», — сказал Горски. «Мы рассчитали, сколько энергии потребовалось для создания этой полости. Это больше, чем могут обеспечить звёзды в этой области. По сути, необходим вклад от сверхмассивной чёрной дыры. И, если проследить форму конуса, он направлен прямо на чёрную дыру».
|
|
|
|
Прежде чем объявить о разгадке давней загадки, Горски и Мурчикова продолжили анализ данных для дальнейшего подтверждения своих результатов. Рентгеновская обсерватория Чандра НАСА ранее точно определила яркое рентгеновское излучение в том же самом регионе. В том же месте, где наблюдалось яркое рентгеновское излучение, появилась полость конусообразной формы, где отсутствовал холодный газ.
|
|
|
|
«Исключительные утверждения требуют исключительных доказательств», — сказал Горски. «Мы хотели убедиться, что мы не просто наблюдаем какой-то артефакт изображения. И тут рентгеновское изображение с Чандры идеально совпало. Молекулярные особенности совпали».
|
|
|
|
«Когда вы находите что-то, чего никто раньше не видел, первая мысль, которая приходит в голову, — это не «О боже, мы сделали открытие», — сказала Мурчикова. — «Это «О боже, что не так с моим анализом?». Но когда мы наложили наше изображение на рентгеновское изображение, все стало понятно».
|
|
|
|
Спокойная фаза жизни
|
|
|
|
Основываясь на том, насколько далеко распространяется его воздействие на близлежащий поток ионизированного газа, астрофизики подсчитали, что этот ветер был активен по меньшей мере 20 000 лет. Открытие также подтверждает, что Sgr A* относительно спокойна по сравнению с центральными сверхмассивными черными дырами других галактик.
|
|
|
|
«Большинство других галактик проводят большую часть своей жизни в состоянии, когда они не особенно активны», — сказала Мурчикова. «Но мы можем видеть их только тогда, когда они находятся в стадии фейерверка. Очень привлекательно изучать черные дыры, когда они находятся в стадии фейерверка, но это на самом деле не их доминирующее состояние. Sgr A* наконец-то дает нам возможность заглянуть в жизнь черной дыры в этом спокойном состоянии».
|
|
|
|
Источник
|
