Миллиарды лет назад в центре далекого скопления галактик черная дыра выбрасывала потоки плазмы. Когда плазма изверглась из черной дыры, она оттолкнула вещество, создав два больших провала, которые находятся на расстоянии 180 градусов друг от друга. Точно так же, как вы можете рассчитать энергию удара метеора по размеру оставленного кратера, Майкл Кальзадилья, аспирант Института астрофизики и космических исследований им. М.А. Кавли, использовал размер коллапса для определения силы взрыва черной дыры.
В недавно опубликованной работе астрономы описывают взрыв в скоплении галактик SPT-CLJ0528-5300 (сокращенно SPT-0528). Объединив объем и давление вытесненного газа с возрастом двух провалов, они смогли рассчитать общую энергию взрыва. Она составила 10 в 54 Дж, сила, соответствующая примерно 10 в 38 атомным бомбам, это самый мощный взрыв, зарегистрированный в отдаленном скоплении галактик.
Вселенная усеяна скоплениями галактик, сообществами из сотен и даже тысяч галактик, которые погружены в горячий газ и темную материю. В центре каждого кластера находится черная дыра, которая проходит через период питания, в течение которого она поглощает плазму из кластера, после чего следуют периоды взрывов, в которых вспыхивают плазменные струи. «Это крайний случай фазы взрыва», - говорит Кальзадилья о своем наблюдении за SPT-0528. Хотя взрыв произошел миллиарды лет назад, до образования нашей Солнечной системы, прошло около 6,7 миллиардов лет, прежде чем свет от скопления галактик достиг рентгеновской обсерватории "Чандра".
Поскольку скопления галактик полны газа, первоначально теории предсказывали, что при охлаждении газа скопления будут увеличивать скорость звездообразования, для производства которого просто необходим холодный газ. Однако эти скопления оказались не такими крутыми, как ожидалось, и поэтому не образовывали новых звезд с ожидаемой скоростью. Что-то помешало газу полностью остыть. Виновницами были сверхмассивные черные дыры, плазменные взрывы которых удерживают газ в скоплениях галактик слишком горячим, чтобы звезды могли быстро образоваться.
Зарегистрированный взрыв в SPT-0528 имеет другое свойство, которое отличает его от других взрывов черных дыр. Астрономы считают, что процесс охлаждения газа и извергания горячего газа из черных дыр является балансом, который поддерживает стабильную температуру в скоплении галактики. Однако взрыв в SPT-0528 не сбалансирован.
По словам Кальзадиллы, если вы посмотрите на количество энергии, которая выделяется из черной дыры при поглощении холодного газа, по сравнению с тем, сколько энергии содержится во взрыве, взрыв определенно преувеличен. По аналогии с Майклом Макдональдом, соавтором работы, взрыв в SPT-0528 является неисправным термостатом. «Это похоже на охлаждение воздуха на 2 градуса, и реакция термостата состояла в том, чтобы обогреть комнату на 100 градусов», - объясняет Макдональд.
Ранее, в 2019 году, Макдональд и его коллеги опубликовали статью, в которой анализируется еще одно скопление галактик, которое демонстрирует полную противоположность SPT-0528. Вместо ненужного сильного взрыва черная дыра в кластере Феникс не может остановить охлаждение газа. В отличие от всех других известных скоплений галактик, Феникс полон молодых звездных питомников, что отличает его от большинства скоплений галактик.
Астрономы характеризуют 100 скоплений галактик. Причиной для характеристики такой большой коллекции является то, что каждое изображение телескопа захватывает кластеры в определенный момент времени, в то время как их поведение изменяется в пространстве-времени. Эти кластеры охватывают широкий диапазон расстояний и возрастных групп, что позволяет исследователям изучать, как свойства кластеров изменяются в космическом масштабе времени.
Эти исследования напоминают исследования палеонтолога, пытающегося воссоздать эволюцию животного по редким записям окаменелостей. Вместо этого ученые исследует скопления галактик, от SPT-0528 с плазменным взрывом на одном конце до Феникса с быстрым охлаждением газа на другом конце. Если астрономы изучат достаточно примеров, они смогут понять, как развиваются скопления галактик.
Больше:
http://news.mit.edu/2019/billion-year-belch-galaxy-cluster-evolution-1223
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab5b07
Источник: MIT
