При совершении покупок по ссылкам в наших статьях компания Future и ее партнеры по распространению информации могут получать комиссию.
После 50 лет поисков астрономы наконец обнаружили свидетельства мощных ветров, исходящих от Стрельца A* (Sgr A*), сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Это открытие углубляет наше понимание физических процессов, происходящих как вокруг сверхмассивных черных дыр, так и в центре Млечного пути.
Ученые давно предполагают, что черные дыры вырабатывают энергию, поглощая материю, которая отталкивает вещество от их окрестностей — процесс, получивший название «ветры черных дыр». Это относится даже к Sgr A*, которая питается газом и пылью в таких скудных количествах. Для человека это эквивалентно потреблению одного зернышка риса каждые миллион лет.
Проблема заключалась в том, что ученым до сих пор не удавалось собрать доказательства существования ветров черных дыр, проходящих через сердце Млечного пути, что оставляло загадку в астрономии на протяжении примерно полувека — до настоящего времени.
«Если черная дыра не существует в идеальном вакууме, она должна каким-то образом извергать ветер. А идеального вакуума во Вселенной не существует», — заявил в своем сообщении соруководитель группы и исследователь из Северо-Западного университета Марк Горски. «Благодаря новым наблюдениям, мы впервые получили достаточно четкое изображение, чтобы увидеть след ветра. Мы изучили данные и сказали: „Вот оно. Вот то, что все искали последние 50 лет“».
Наблюдение за ветрами чёрной дыры — задача далеко не из лёгких.
Учёные уже давно знают, что питающиеся чёрные дыры испускают вокруг себя мощные потоки вещества, включая струи и ветры. Ветры возникают, когда вещество, падающее на чёрную дыру, ускоряется почти до скорости света, создавая давление, которое отталкивает падающее вещество. Это наблюдалось и у чёрных дыр, потребляющих вещество очень интенсивно, но не у едва питающейся Sgr A*. Её редкое потребление вещества и тот факт, что она скрыта плоскостью Млечного Пути с нашей точки зрения, затрудняют отслеживание этого ветра.
Коллега Горски из Северо-Западного университета и соруководитель его группы Лена Мурчикова отметила, что ученые первыми обнаружили молекулярный газ в непосредственной близости от Sgr A*, питающий сверхмассивную черную дыру. Это позволяет с уверенностью сказать, что Sgr A* похожа на другие сверхмассивные черные дыры.
«Ветер не сильный, и его направление, вероятно, меняется со временем. Это показывает, что наша черная дыра не уникальна, и наше место во Вселенной тоже не уникально», — добавила Мурчикова. «Чтобы наблюдать за нашей собственной черной дырой, мы должны смотреть сквозь плоскость нашей галактики. Это значит, что мы должны заглядывать сквозь газ, пыль и ионизированные структуры, а сквозь все это нелегко что-либо увидеть».
Для решения этих трудностей команда обратилась к пятилетним глубоким наблюдениям центра Млечного пути, проведенным с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетки (ALMA), состоящей из 66 радиоантенн, расположенных на севере Чили. Это позволило получить самое четкое на сегодняшний день изображение холодного молекулярного газа размером около 3 световых лет для Sgr A*. Один из аспектов этих наблюдений, который поразил ученых, — это конусообразная полость длиной в три световых года в этом облаке холодного газа. Они предположили, что эта полость должна была быть очищена более горячим газом в ветре черной дыры, проносящемся через этот регион, либо выталкивая холодный газ перед собой, либо нагревая его.
«Если вы выдуете горячий материал из чёрной дыры, он не захочет сосуществовать с холодным материалом, — сказал Горски. — Он либо вытолкнет холодный материал, либо нагреет его. А если будет слишком жарко, холодный газ больше не будет виден».
Область вокруг Sgr A* насыщена звёздами, а звёзды также выбрасывают из себя звёздные ветры, но команда исследователей считает, что этих звёздных ветров недостаточно для образования такой большой полости.
«Это огромный дефицит вещества. Мы рассчитали, сколько энергии потребовалось для создания этой полости. Этого больше, чем могут обеспечить звезды в этой области», — объяснил Горски. «По сути, необходим вклад от сверхмассивной черной дыры. И, если проследить форму конуса, он направлен прямо на черную дыру».
Для перепроверки результатов ученые обратились к наблюдениям того же региона, проведенным рентгеновским космическим телескопом Chandra НАСА.
«Для исключительных утверждений требуются исключительные доказательства», — сказал Горски. «Мы хотели убедиться, что это не просто какой-то артефакт изображения. И тут рентгеновское изображение с телескопа «Чандра» идеально совпало. Молекулярные особенности совпали».
Это подтвердило результаты, полученные с помощью ALMA, выявив рентгеновское излучение, исходящее из области полости в холодном газе.
«Когда находишь что-то, чего никто раньше не видел, первая мысль, которая приходит в голову, — это не „Боже мой, мы сделали открытие“, — говорит Мурчикова. — Это скорее „Боже мой, что не так с моим анализом?“ Но когда мы наложили наше изображение на рентгеновское, все стало понятно».
Хотя результаты исследования подтверждают, что Sgr A* чрезвычайно спокойна по сравнению со сверхмассивными черными дырами, расположенными в ярких, турбулентных областях других галактик, называемых активными галактическими ядрами (АГЯ), этот черный ветер не является слабым. Фактически, ученые считают, что он бушует уже около 20 000 лет.
«Большинство других галактик проводят большую часть своей жизни в состоянии, когда они не особенно активны, — сказала Мурчикова. — Но мы можем видеть их только тогда, когда они находятся в стадии активного развития. Изучение черных дыр в этой стадии очень привлекательно, но на самом деле это не их доминирующее состояние. Sgr A* наконец-то открывает нам окно в жизнь черной дыры в этом спокойном состоянии».
Результаты исследования команды были опубликованы в четверг (4 июня) в журнале The Astrophysical Journal Letters.