Астрономы обнаружили в струе гигантской черной дыры модель поведения, которая никогда ранее не наблюдалась. С помощью космического телескопа NASA «Чандра» они наблюдали за струей, которая сначала отскакивает от газовой стенки, а затем разрывает дыру в облаке из высокоэнергетических частиц. Такое поведение предоставляет ученым уникальную возможность больше узнать о том, как струи черных дыр взаимодействуют со своим окружением.
Композитное изображение Лебедя А. Рентгеновские данные от «Чандры» (красным, зеленым, синим) были объединены с оптическими данными от телескопа «Хаббл». © X-ray: NASA / CXC / Columbia Univ. / A. Johnson et al.; Optical: NASA / STScI)
Открытие было сделано в Лебеде А, большой галактике (радиогалактике) в центре галактического скопления, расположенного примерно в 760 миллионах световых лет от Земли. Данные телескопа «Чандра» показали мощные струи частиц и электромагнитной энергии, происходящие из быстро растущей черной дыры в центре Лебедя А. После того, как струи с каждой стороны черной дыры преодолевают более 200 тысяч световых лет, они замедляются вследствие взаимодействия с межгалактическим газом, нагретым до температуры в несколько миллионов градусов, который окружает Лебедя А. Такое взаимодействие стало причиной образования огромных облаков из высокоэнергетических частиц, испускающих рентгеновское излучение и радиоволны.
В рамках продолжавшегося 23 дня глубокого наблюдения исследователи использовали телескоп «Чандра», чтобы составить подробнейшую карту струй и межгалактического газа. Составленная карта была использована для того, чтобы проследить траектории струй, начиная с их исхода из черной дыры. И выяснилось, что левая струя после отскока расширяется, создавая дыру в окружающем облаке частиц глубиной от 50 тысяч до 100 тысяч световых лет и шириной всего 26 тысяч световых лет.
«Мы не только увидели, как эта струя отскакивает от межгалактического газа, подобно тому, как камешек отскакивает от поверхности пруда, но и разрывают дыру в облаке высокоэнергетических частиц», — говорит Амалия Джонсон из Колумбийского университета в Нью-Йорке. руководитель нового исследования. — «И это вообще первый раз, когда нам удалось увидеть такой космический `дырокол`».
Высокая четкость передачи изображения телескопом «Чандра» имела решающее значение для этого открытия. «Примечательно, что рентгеновское изображение «Чандры» может улавливать мелкие детали того, что делает эта черная дыра на расстоянии более миллиарда триллионов миль от Земли», — говорит соавтор Пол Нульсен из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс. — «Благодаря данным «Чандры», мы можем увидеть, куда струя отскочила, и отследить ее орбиту, прежде чем она снова попадет в газ».
Хотя черные дыры широко известны тем, что они притягивают к себе все, что приближается к ним, они также могут очень хорошо катапультировать материю. Когда черная дыра вращается, она может создать вращающуюся, плотно намотанную вертикальную «башню» из сильных магнитных полей. Это позволяет черной дыре перенаправлять часть поступающего в нее газа и создавать энергетическую струю, которая удаляется от черной дыры на очень высоких скоростях. И струя Лебедя А является одной из наибольших и мощных струй, которые когда-либо наблюдались учеными.
Теперь же астрофизики работают над тем, чтобы определить, какие виды энергии (кинетическая энергия, тепло или излучение) несет в себе эта струя. Состав струи и виды энергии определяют ее поведение во время отскока, а также влияют на размер создаваемой ею дыры. При этом для того, чтобы сделать выводы о свойствах струи, необходимы теоретические модели струи и ее взаимодействия с окружающим газом.
Энергия струй из черных дыр может нагревать межгалактический газ в скоплениях галактик и препятствовать его охлаждению и созданию большого количества звезд в галактиках, подобных Лебедю А. «Мы знаем, что быстрорастущие черные дыры оказывают большое влияние на окружающую среду», — рассказал еще один соавтор исследования Брэдфорд Сниос из CfA. — «Изучая Лебедя А, мы надеемся узнать больше о том, как с течением времени гигантские черные дыры влияют на свои домашние галактики».
Результаты этого исследования были представлены на 233 встрече Американского астрономического общества в Сиэтле.
