"Ведется много споров о том, как активные ядра галактик передают энергию в окружающую среду. Мы не ожидали увидеть, как радиоструи наносят такой ущерб. И все же это здесь!"
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы получили изображение структуры пыли и газа вокруг удаленной сверхмассивной черной дыры, буквально обнаружив "ударную волну".
Команда обнаружила, что энергия, нагревающая это клубящееся облако газа и пыли, на самом деле возникает в результате столкновений со струями газа, движущимися со скоростью, близкой к световой, или "толчков". Ранее ученые предположили, что энергия, нагревающая эту пыль, исходит от самой сверхмассивной черной дыры, что придает этому неожиданный поворот.
Галактическим домом этой конкретной сверхмассивной черной дыры является ESO 428-G14, активная галактика, расположенная примерно в 70 миллионах световых лет от Земли. Термин "активная галактика" означает, что ESO 428-G14 обладает центральной областью или "активным ядром галактики" (AGN), которое излучает мощный и интенсивный свет во всем электромагнитном спектре из-за присутствия сверхмассивной черной дыры, которая жадно поглощает окружающую ее материю.
К ударной волне AGN пришли члены коллаборации Galactic Activity, Torus и Outflow Survey (GATOS), которые используют специальные наблюдения JWST для изучения сердцевин близлежащих галактик.
"Существует много споров о том, как AGN передают энергию в окружающую среду", - говорится в заявлении члена команды GATOS Дэвида Росарио, старшего преподавателя Университета Ньюкасла. "Мы не ожидали увидеть, что радиоструи нанесут такой ущерб. И все же это здесь!"
Раскрываем секреты "шумной" черной дыры
Считается, что во всех крупных галактиках есть центральные сверхмассивные черные дыры, масса которых колеблется от миллионов до миллиардов масс Солнца, но не все эти черные дыры находятся в AGN.
Возьмем, к примеру, Млечный Путь. Сверхмассивная черная дыра нашей галактики Стрелец A * (Sgr A *) окружена таким небольшим количеством вещества, что ее "рацион" эквивалентен тому, что человек питается одним рисовым зернышком каждые миллион лет. Это делает Sgr A *, масса которой равна примерно 4,3 миллиона солнц, "тихой" черной дырой, но у нее наверняка есть несколько шумных соседей.
Возьмите сверхмассивную черную дыру в центре галактики Мессье 87 (M87), расположенную примерно в 55 миллионах световых лет от нас. Эта черная дыра M87 * не только значительно массивнее Sgr A * с массой, равной примерно 6,5 миллиарда солнц, но и окружена огромным количеством газа и пыли, которыми она питается.
Это вещество не может просто упасть прямо на M87 *, потому что оно обладает угловым моментом. это означает, что она образует вращающееся сплющенное облако газа и пыли вокруг сверхмассивной черной дыры, называемое "аккреционный диск", который постепенно подпитывает ее.
Сверхмассивные черные дыры не просто сидят в аккреционных дисках, пассивно ожидая, когда их покормят, как космический младенец в высоком стульчике. Огромное гравитационное влияние этих космических титанов порождает огромные приливные силы в аккреционном диске, создавая иллюзию, что он нагревается до температуры 18 миллионов градусов по Фаренгейту (10 миллионов градусов Цельсия).
Это заставляет аккреционный диск ярко светиться, обеспечивая часть освещения AGN. Огромное гравитационное влияние этих космических титанов порождает огромные приливные силы в аккреционном диске, создавая фантастику, согласно которой он нагревается до температуры 18 миллионов градусов по Фаренгейту (10 миллионов градусов Цельсия).
Но это еще не все.
Подобно непослушному малышу, не вся "пища" сверхмассивной черной дыры попадает в ее "рот". Мощные магнитные поля направляют часть вещества в аккреционных дисках к полюсам черной дыры, ускоряя эти заряженные частицы почти до скорости света. Это похоже на то, как ваш ребенок бросает в вас едой.
Из двух полюсов черной дыры это вещество извергается наружу в виде параллельных астрофизических струй. Эти струи также сопровождаются излучением света во всем электромагнитном спектре, особенно мощным в радиоволнах.
В результате этих воздействий AGN могут быть настолько яркими, что затмевают совокупный свет всех звезд в окружающей их галактике.
Пыль, окружающая AGN, часто может закрывать нам обзор их сердцевины, поглощая видимый свет и другие длины волн электромагнитного излучения. Инфракрасный свет, однако, может ускользнуть от этой пыли, и, что удобно, JWST видит космос в инфракрасном диапазоне. Это означает, что мощный космический телескоп является идеальным инструментом для изучения центра AGNs.
Когда команда GATOs сделала это для ESO 428-G14, они обнаружили, что пыль вблизи сверхмассивной черной дыры распространяется вдоль ее струи. Это выявило неожиданную взаимосвязь между струями и пылью, предполагая, что эти мощные потоки могут быть ответственны как за нагрев, так и за формирование пыли.
Дальнейшее изучение связи между джетами и пылью вокруг сверхмассивных черных дыр может выявить влияние, которое эти космические титаны оказывают на формирование своих галактик, и то, как материал перерабатывается в AGN.
"Возможность работать с эксклюзивными данными JWST и получить доступ к этим потрясающим изображениям раньше всех - это невероятно захватывающе", - сказала Худа Хайдар, аспирантка Школы математики, статистики и физики Университета Ньюкасла. "Мне невероятно повезло быть частью команды GATOS. Работать в тесном контакте с ведущими экспертами в этой области - настоящая привилегия ".
Исследование команды было опубликовано в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
