В центре галактик существуют сверхмассивные чёрные дыры, которые играют важную роль в формировании и развитии этих космических объектов.
Эти чёрные дыры активно поглощают окружающее вещество, которое они притягивают своей мощной гравитацией. В процессе поглощения происходит интенсивное излучение, которое помогает отталкивать газ и пыль, находящиеся на более далёких рубежах от дыры. Таким образом, осуществляется обратная связь между ростом галактики и скоростью поглощения газа и пыли. Чем быстрее происходит поглощение, тем медленнее растёт галактика.
Однако влияние чёрных дыр не ограничивается пределами родных галактик. Многие из них испускают струи вещества, которые могут быть выброшены за пределы галактики.
Исследователи продолжают изучать, насколько далеко может распространяться влияние чёрных дыр. В новом исследовании описаны крупнейшие из наблюдавшихся струй, простирающиеся на расстояние в 23 миллиона световых лет. На таких расстояниях джеты могут переносить материю в другие галактики и даже в более удалённые структуры через космическую паутину из тёмной материи, которая формирует структуру Вселенной.
Экстремальные джеты
Джеты образуются в сложной среде вблизи чёрной дыры. Интенсивный нагрев падающего материала ионизирует и разогревает эту среду, создавая электромагнитные поля, которые действуют как естественный ускоритель частиц. Это приводит к образованию струй из частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. В конечном итоге джеты врезаются в окружающее чёрную дыру вещество, создавая ударные волны, нагревая и ускоряя его. Со временем это приводит к образованию крупных выбросов вещества, масштаб которых пропорционален размеру чёрной дыры и количеству материала, которым она питается.
Обычно чёрные дыры образуют джеты на каждом из своих полюсов, в результате чего парные потоки распространяются в противоположных направлениях. Исследователи изучили множество примеров таких выбросов в различных масштабах, начиная от чёрных дыр звёздной массы и заканчивая сверхмассивными объектами, способными формировать квазары — самые яркие объекты во Вселенной.
Открытие новых крупных джетов стало результатом специально организованного поиска, проведённого на радиоволнах с помощью интерферометра LOFAR, который исследует участки неба в северном полушарии. Данные, полученные с помощью этого телескопа, были обработаны с использованием машинного обучения и привлечением добровольцев из числа любителей астрономии. В результате было идентифицировано более 11 тысяч джетов, расстояние которых составляет один и более мегапарсек.
В статье, посвящённой этому открытию, описывается самый крупный из них, получивший название Порфирион. Последующие наблюдения были направлены на поиск галактики, которая его породила. В итоге были обнаружены два объекта, которые находились примерно в нужном месте, но у одного из них были образования, вытянутые вдоль оси джетов. Именно это свойство указывало на их наиболее вероятный источник.
Исследователи подсчитали, что визуально длина Порфириона составляет 6,4 мегапарсека. Однако это может быть не реальная длина, так как для точного её определения необходимо наблюдать объект в нормали. Существует высокая вероятность того, что с нашей точки наблюдения джет может быть немного наклонён. Учёные подсчитали, что фактическое физическое расстояние составляет чуть более 7 мегапарсек.
Также было установлено, что вещество в струях движется со скоростью, составляющую примерно 0,012 часть скорости света. Это означает, что им потребовалось более полумиллиарда лет, чтобы достичь своего нынешнего размера. В свою очередь, это говорит о том, что чёрная дыра, запустившая джеты, имела длительный период активного поглощения окружающего вещества. По оценкам астрономов, струи выбрасывают в космическое пространство энергию, соответствующую 10 в 55 степени Джоулей. Такие выбросы обычно наблюдаются при столкновениях целых скоплений галактик.
Космологические последствия
Одна из примечательных особенностей этих джетов — их прямая форма. Это означает, что вещество в них не испытывает влияния каких-либо других близлежащих галактик и не сталкивается с какими-либо флуктуациями межгалактического материала. По словам учёных, это может говорить только об одном — галактика-хозяин находится в нити паутины тёмной материи, которая пронизывает Вселенную и обеспечивает гравитационное взаимодействие, необходимое для сбора достаточного количества материала для формирования галактик. Учитывая размеры джетов, всё это в сумме означало бы, что Порфирион, вероятно, полностью вобрал в себя вещество филамента, а джеты проходят через пустоту.
Как следует из опубликованного изображения, Порфирион едва виден из-за уровня шума, присущего современному радиоастрономическому оборудованию. Если бы джеты были чуть менее мощными или находились немного дальше в пространстве, мы бы не смогли их обнаружить.
Если учесть, что в рамках этого проекта было обследовано около 15 процентов ночного неба, то становится ясно, что мы, вероятно, не замечаем множество джетов аналогичного размера, которые существовали на ранних этапах истории Вселенной. Исследователи проанализировали цифры и пришли к выводу, что каждая нить тёмной материи в космической паутине, вероятно, имела пару струй, схожих по масштабу.
Что это означает для Вселенной в целом? Тот факт, что эти струи выбрасывают вещество из нитей тёмной материи обратно в космос, означает, что на каком-то уровне они обеспечивают обратную связь с ростом галактик. Но масштаб этих явлений означает, что материал из одной галактики может попасть в совершенно другую галактику. И, учитывая, что нити располагались ближе друг к другу на ранних этапах истории Вселенной, возможно, что какой-то материал перемещался между нитями, переносимый струями чёрных дыр.
На данный момент неясно, могут ли джеты быть существенными факторами эволюции Вселенной. Но как минимум их стоит включить в модели космического пространства и посмотреть, насколько велико их влияние.
