|
Струи черных дыр проникают далеко за пределы галактик
|
|
|
|
Галактики огромны и содержат сотни миллиардов звезд. Эти звезды образуются из холодного и плотного газа. Каждая крупная галактика, включая Млечный Путь, заключена в огромную газовую оболочку, называемую окологалактической средой, или CGM. Этот резервуар с сырьем в 10-20 раз превышает размеры видимой части галактики.
|
|
|
|
Со временем газ охлаждается, перемещается внутрь и собирается в сгустки, образуя звезды. Таким образом, CGM играет ключевую роль в формировании звезд, планет и даже жизни в галактике.
|
|
|
|
Но астрономы долго ломали голову над тем, почему, учитывая, сколько звездообразующего газа окружает галактики, в них не так много звезд. Что мешает топливу остыть и образовать эти звезды?
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное астрономами Санчайетой Бортакур (Sanchayeeta Borthakur) из Университета штата Аризона (ASU) и Намратой Рой (Namrata Roy), в настоящее время работающими в Исследовательском институте Рамана (RRI), показало, что узкие струи нагретой плазмы, выбрасываемые сверхмассивными черными дырами в центрах галактик, могут влиять на газ за пределами видимой галактики и определять ее будущее. Струи могут разрушать газ, необходимый галактикам для продолжения роста. Их исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
|
|
|
«Это революционный результат, который раскрывает давнюю загадку о том, как чёрные дыры влияют на галактики, их звёзды и жизнь в том виде, в каком мы её знаем!» — сказал Бортакур, доцент Школы изучения Земли и космоса Аризонского университета.
|
|
|
|
«Эта работа открывает новое направление для дальнейшего изучения сложных взаимосвязей между сверхмассивными чёрными дырами, находящимися в триллионах километров от нас, и тем, как мы оказались там, где мы есть».
|
|
|
|
Маленькие по размеру, но с огромным влиянием
|
|
|
|
Когда чёрная дыра активно поглощает газ, она может выделять огромное количество энергии, которая нагревает окружающий газ. Несмотря на то, что эти чёрные дыры могут быть мощными источниками энергии, по размеру они сопоставимы с нашей Солнечной системой. С другой стороны, в галактиках, в которых они находятся, может быть около 100 миллиардов таких «солнечных систем».
|
|
|
|
«Удивительно, но как что-то настолько маленькое может оказывать такое мощное энергетическое воздействие на что-то настолько огромное?» — задаётся вопросом Рой, доцент RRI и бывший стипендиат премии ASU Exploration Prize за постдокторские исследования.
|
|
|
|
Можно представить, что муравей оставляет свой след на расстоянии в сотни или тысячи километров. Учёные до сих пор не до конца понимают, как энергия от этих активных чёрных дыр достигает таких расстояний и как она меняется по пути.
|
|
|
|
Исследование команды ученых дает доказательства того, как это могло произойти. Они сосредоточились на активных черных дырах, которые испускают мощные струи - узкие потоки горячей, быстро движущейся плазмы, которые выходят далеко за пределы видимого края галактики. Они искали отчетливый след, оставленный этими струями в ионизированном состоянии газового резервуара.
|
|
|
|
Ионизированный газ, или "свечение" газообразного водорода, которое они искали в CGM, настолько слабое, что ни в одной галактике оно не было бы отчетливо видно. Таким образом, команда объединила наблюдения сотен галактик с активными джетами, используя данные исследования спектроскопическим прибором темной энергии (DESI) и измерения радиоструйных сигналов, полученные в ходе двухметрового обзора неба LOFAR (LoTSS). Они объединили измерения, проведенные вдоль осей струй, и искали характерный признак ионизированного газообразного водорода вдоль траекторий струй, известный как H-альфа.
|
|
|
|
Рой, Бортакур и их коллеги показали, что при усреднении по всем направлениям вокруг галактик сигнал был слабым. Однако вдоль радиоволн сигнал H-альфа стал четким и сильным. Это указывает на то, что газ светится неравномерно повсюду, но особенно ярко вдоль траекторий струй.
|
|
|
|
Простая аналогия: джет не столько похож на лампу, которая светит во все стороны, сколько на мощный луч, заставляющий газ светиться там, где он проходит.
|
|
|
|
Эти данные показывают, что джеты чёрных дыр воздействуют на газ, окружающий галактики, неравномерно. Вместо этого они оставляют после себя отчётливый след, ионизируя газ и заставляя его светиться в основном вдоль траектории своего движения.
|
|
|
|
Исследователи также обнаружили, что свечение ионизированного водорода наиболее яркое в двух местах: вблизи галактики, где джет впервые сталкивается с гало, и гораздо дальше, у внешнего края гало, где джет высвобождает большую часть своей энергии.
|
|
|
|
Это явный признак того, что джеты могут освещать окружающий газ на больших расстояниях вплоть до гало. Этот механизм влияет на среду, в которой находится галактика, на её рост и эволюцию, а также на то, будет ли в ней продолжаться процесс формирования звёзд или она перейдёт в неактивное состояние.
|
|
|
|
«Больше всего меня поражает масштаб этой связи, — говорит Рой. — Чёрная дыра невероятно мала по сравнению с галактикой, но её влияние может распространяться на сотни тысяч световых лет, далеко за пределы галактики. Джет переносит энергию наружу, и газ светится вдоль его траектории».
|
|
|
|
В качестве дополнительной проверки команда использовала сигнатуру поглощения магния для отслеживания более холодного газа. В отличие от направленного свечения в линии H-альфа, магний распределялся более изотропно и не был связан с направлением джета. Это означает, что компонент холодного газа может существовать в виде резервуара, равномерно окружающего галактику со всех сторон. Тем временем джет нагревает, перемешивает и ионизирует газ на своём пути, заставляя его светиться в линии H-альфа.
|
|
|
|
Чёрные дыры определяют судьбу галактики.
|
|
|
|
Полученные данные являются одним из самых убедительных доказательств того, что чёрная дыра может влиять на галактику далеко за пределами её центральной области. Нагревая, перемешивая и взбалтывая газ в гало, джеты препятствуют его охлаждению и падению внутрь галактики, где он мог бы стать топливом для формирования новых звёзд. Это замедляет рост галактики, меняет её судьбу и делает её менее активной в плане звездообразования.
|
|
|
|
Это означает, что чёрная дыра не просто «питается» в центре галактики, как некоторые могли бы подумать. Она также распространяет своё влияние и изменяет окружающую среду галактики, что в конечном итоге может изменить её судьбу.
|
|
|
|
Конкретные направления: смотрите в обе стороны вдоль джета.
|
|
|
|
Предыдущие исследования были направлены на поиск этого сигнала, но не увенчались успехом, что делает это открытие прорывом. Сигнал появляется только тогда, когда исследователи смотрят вдоль направления джета. Если бы астрономы предположили, что реликтовое излучение одинаково во всех направлениях, они бы его не обнаружили. Джет ионизирует водород на своем пути, заставляя его светиться в линии H-альфа в определенном направлении.
|
|
|
|
Это исследование показывает важность масштабных оптических и радиообзоров, таких как спектроскопический инструмент для изучения темной энергии (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) и двухметровый обзор неба LOFAR (LOFAR Two-meter Sky Survey, LoTSS). Объединяя множество слабых сигналов, астрономы теперь могут изучать поведение галактик, которые в противном случае оставались бы скрытыми от глаз. Это исследование также дает астрономам и теоретикам новый способ проверить, как джеты черных дыр влияют на галактики.
|
|
|
|
Источник
|
