Чёрная дыра «просыпается»: астрономы запечатлели первый миг запуска джетов в далёкой галактике — до того, как они разогреют газ и притормозят рождение звёзд

Астрономы впервые запечатлели сверхмассивную чёрную дыру в галактике на ранней стадии «пробуждения» — момента, когда она начинает активно поглощать вещество и выбрасывать струи плазмы. Это открывает редкую возможность наблюдать, как запускается процесс, способный радикально изменить жизнь целой галактики.

Команда под руководством Франческо Убертози из Болонского университета и Национального института астрофизики Италии исследовала галактику в центре скопления CHIPS 1911+4455, находящегося примерно в 6 млрд световых лет от Земли. По оценкам, её сверхмассивная чёрная дыра начала активную фазу всего около тысячи лет назад — по астрономическим меркам это мгновение.

«Мы видим эту чёрную дыру в самом начале активной фазы, до того, как она успела существенно изменить своё окружение», — поясняет Убертози.

Наблюдения с помощью радиоинтерферометров VLBA (Very Long Baseline Array) и VLA (Very Large Array) показали, что джеты чёрной дыры имеют длину лишь около 30 пк (примерно 100 св. лет). Для сравнения, у зрелых радиогалактик джеты могут простираться на десятки тысяч парсек. Радиоспектр источника имеет характерную «пиковую» форму, указывающую на крайне молодой возраст — порядка 103 лет.

Слева: крупномасштабное составное изображение по архивным данным (синий цвет показывает рентгеновское излучение по данным обсерватории Chandra, белый — оптическое изображение телескопа «Хаббл»). Справа — новые радиоданные галактики скопления CHIPS 1911+4455: сверху — снимок радиоинтерферометра JVLA в L-диапазоне (на частотах около 1–2 ГГц, длины волн ~30–15 см); снизу — снимок VLBA в C-диапазоне (на частотах около 4–8 ГГц, длины волн ~7,5–3,75 см). Контуры яркости проведены, начиная с уровня «пять сигма» и далее увеличиваются вдвое на каждом шаге; белый эллипс показывает форму и размер эффективного разрешения. Источник: Univ. of Bologna / F.Ubertosi 📷

Особенность системы в том, что окрестный горячий газ пока что не был разогрет и вытеснен джетами. Это позволяет изучить состояние, когда воздействие чёрной дыры (нагрев и торможение звездообразования) ещё не началось.

К тому же галактика в центре CHIPS 1911+4455 — одна из самых продуктивных «фабрик звёзд» среди центральных галактик скоплений: скорость звездообразования оценивается в 140–190 масс Солнца в год, что в сотни раз выше, чем во Млечном Пути.

Радиоданные VLA также выявили протяжённые структуры излучения, совпадающие с областями интенсивного звездообразования на снимках телескопа «Хаббл» (HST). Эти структуры, вероятно, связаны с синхротронным излучением от вспышек сверхновых и молодых массивных звёзд, что подтверждает высокую скорость формирования новых светил.

Учёные считают, что пробуждение чёрной дыры могло быть спровоцировано сразу двумя факторами: быстрым охлаждением газа в ядре скопления (низкая энтропия и короткое время охлаждения) и признаками недавнего слияния, которое усилило приток вещества.

Авторы отмечают, что такие системы — редкость, и дальнейшие наблюдения помогут отследить эволюцию молодых радиогалактик. Работа, по словам учёных, является важным шагом к пониманию того, как сверхмассивные чёрные дыры регулируют жизнь галактик и формирование крупнейших структур во Вселенной.