Мощные ветры черных дыр меняют судьбу галактик: новые данные исследования

Современные космологические модели предполагают, что самые массивные галактики Вселенной должны содержать значительно больше звездной массы, чем астрономы наблюдают на самом деле. На протяжении десятилетий учёные пытались понять, какой механизм сдерживает образование новых звёзд в таких системах. Об этом пишет Sciencedaily.

Смотрите также: Украина может остаться без Starlink из-за новых правил Европейского Союза

Почему в крупнейших галактиках меньше звёзд, чем должно быть?

Новое исследование, представленное на 248-й встрече Американского астрономического общества в Пасадене, свидетельствует, что ответ может кроться в деятельности сверхмассивных чёрных дыр.

Ключевую роль в работе сыграла аспирантка Мичиганского университета Синь "Синди" Сян, которая использовала данные миссии XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission). Проект реализуется под руководством Японского агентства аэрокосмических исследований при участии NASA и Европейского космического агентства.

Результаты свидетельствуют о том, что чёрные дыры способны запускать мощные потоки вещества, которые буквально выдувают из галактик газ, необходимый для рождения новых звёзд.

Как черные дыры могут препятствовать рождению звезд?

Несмотря на распространенное представление о черных дырах как о космических объектах, которые лишь поглощают материю, они также могут быть источником колоссальной энергии.

Когда газ и пыль падают в направлении черной дыры, вокруг нее формируется аккреционный диск. В этом диске вещество нагревается до чрезвычайно высоких температур под воздействием гравитации и трения, превращаясь в горячую плазму.

Такие области относятся к самым энергетическим средам во Вселенной и излучают мощные рентгеновские лучи. В то же время из диска могут вырываться сильные потоки вещества — так называемые галактические ветры.

Именно они, по мнению исследователей, способны выносить межзвездный газ за пределы галактики. Поскольку газ является основным строительным материалом для новых звезд, его потеря напрямую влияет на будущее звездообразование.

Что увидел космический телескоп XRISM?

Космическую обсерваторию XRISM запустили в 2023 году, а полноценные научные наблюдения начались осенью 2024 года.

Главное преимущество миссии заключается в чрезвычайно высокой точности измерений. По словам учёных, энергетическое разрешение нового аппарата примерно в десять раз превышает возможности его предшественников.

Это позволило исследователям гораздо подробнее изучить галактику NGC 4151, расположенную на расстоянии чуть более 50 миллионов световых лет от Земли.

В центре этой галактики находится активное галактическое ядро — область вокруг сверхмассивной чёрной дыры, которая активно поглощает окружающую материю и генерирует яркое излучение.

"Раньше, без XRISM, мы могли видеть лишь общие черты этих потоков. Но для ответа на важные вопросы необходимо различать мелкие детали. Какова их структура и геометрия? Как именно запускаются эти ветры и когда это происходит?" — пояснила Синди Сян.

Она добавила:

"С помощью XRISM мы получили наилучшее разрешение при наблюдениях одного из самых ярких активных галактических ядер и самую подробную информацию о потоках вещества, которую когда-либо получали для аккреционного диска".

Когда возникают самые мощные космические ветры?

В предыдущих работах Сян вместе с профессором астрономии Мичиганского университета Джоном Миллером уже показала, что ветры из аккреционного диска NGC 4151 могут достигать скоростей, достаточных для выброса вещества из системы.

Исследователи также установили вероятный механизм этого процесса. Речь идет о так называемом магнитоцентрифугальном ускорении — явлении, которое в определенной степени напоминает механизмы возникновения солнечных вспышек.

Для нового исследования учёная проанализировала сотни дней наблюдений XRISM и изучила изменения рентгеновского излучения после вспышек активности чёрной дыры.

Помимо яркости сигнала, она анализировала соотношение между "жестким" и "мягким" рентгеновским излучением. На основе этих параметров был создан новый показатель — индекс интенсивности цвета. Профессор Миллер в шутку предложил сократить название до слова "cindicity" — в честь имени исследовательницы.

"Отчасти потому, что меня зовут Синди. Но идея заключается в том, что в будущем вы сможете сообщить мне значение cindicity для своего источника, а я скажу вероятность того, что вы наблюдаете быстрый поток вещества", — рассказала Сян.

Новая связь между активностью чёрной дыры и галактическими ветрами

Анализ принес неожиданный результат. Оказалось, что самые быстрые и мощные потоки вещества не совпадают с моментами максимальных рентгеновских вспышек.

Вместо этого они обычно возникают примерно через 10 000 секунд после таких событий, то есть менее чем через три часа. Для астрономии это первое прямое подтверждение временной зависимости между рентгеновской активностью вблизи черной дыры и появлением мощных ветров, покидающих аккреционный диск.

Учёные полагают, что новый метод позволит эффективнее обнаруживать подобные явления в других галактиках и лучше понять роль сверхмассивных чёрных дыр в космической эволюции.

Если результаты подтвердятся дальнейшими наблюдениями, они могут помочь объяснить одну из величайших загадок современной астрофизики — почему крупнейшие галактики Вселенной содержат значительно меньше звёзд, чем предсказывают теоретические модели.