В огромной черной дыре Млечного Пути обнаружен ключ к одной из загадок космоса
После более чем 50-летнего поиска ученые обнаружили свидетельства ветра из Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Используя современные радиотелескопы в Чили, исследователи нанесли на карту холодный газ вокруг черной дыры и обнаружили полость длиной около 3 световых лет. Это открытие может разрешить давнюю загадку о том, почему в ближайшей к нам черной дыре отсутствуют потоки, наблюдаемые у сверхмассивных черных дыр в других галактиках.
Фото: Dai Tianfang/XinHua/Global Look Press
Ученые говорят, что они обнаружили свидетельства ветра космического масштаба, исходящего из сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, что потенциально позволяет решить одну из самых давних загадок в астрономии.
Стрелец А*, гигантская черная дыра массой около 4 миллионов солнц, вот уже более 50 лет озадачивает научное сообщество, рассказывает CNN. Законы физики гласят, что, как и все черные дыры, этот объект должен не только поглощать вещество, но и выбрасывать его в виде ветра или реактивных струй. Однако в созвездии Стрельца А* было странно тихо. Несмотря на десятилетия поисков, ученые смогли собрать сведения только о ветровых извержениях, имевших место более 20 000 лет назад, но не более поздних.
“Это самая близкая к нам и лучше всего изученная черная дыра”, — комментирует Марк Горски, доцент-исследователь Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс. “Это единственная, которую мы можем рассмотреть и увидеть всю физику вокруг нее, и все же, похоже, у нее нет ветра. Каждая черная дыра во Вселенной ведет себя по-своему, но ближайшая к нам — по-другому. Это было огромной проблемой.”
Теперь, после пяти лет наблюдений, Марк Горски и Лена Мурчикова, доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного университета, считают, что они обнаружили признаки отсутствия ветра. Они создали высокодетализированное изображение окружающей черную дыру области. На снимке Горски и Мурчикова заметили большую конусообразную полость, лишенную холодного газа.
По мнению исследователей, которые являются соавторами исследования, посвященного открытию, опубликованному в журнале The Astrophysical Journal Letters, эта особенность могла быть сформирована только потоком горячего газа, исходящим непосредственно от самого объекта.
“Ветер из черной дыры действует как фен для волос”, — рассказывает Марк Горски. “Он нагнетает горячий турбулентный воздух в более холодный и плотный материал, такой как ваши мокрые волосы. Ветер теплый и достаточно сильный, чтобы нагреть и сдуть воду с ваших мокрых волос, а также немного пошевелить ими, но недостаточно сильный, чтобы полностью сдуть волосы с вашей головы.” Аналогичным образом, горячий газ, уносимый ветром из черной дыры, оставил четкий след, увлекая за собой окружающий холодный газ, говорится в исследовании.
Ученые ранее наблюдали подобные потоки, как в виде плотных струй, так и широких ветров, из сверхмассивных черных дыр в центрах других галактик. По словам Кристофера Рейнольдса, профессора астрономии Мэрилендского университета в Колледж-Парке, который не принимал участия в исследовании, эти оттоки являются важной частью того, как черная дыра перекачивает энергию в свою галактику-хозяина и регулирует свой рост.
“Эти оттоки оказывались действительно неуловимыми при взгляде на нашу собственную сверхмассивную черную дыру — до сих пор”, — написал он в электронном письме. “Это исследование представляет собой довольно убедительное доказательство того, что ветер из сверхмассивной черной дыры нашей галактики выталкивает наружу окружающую пыль и газ. На самом деле они не видели самого ветра, но его присутствие совершенно очевидно. Для этого потребовался очень тщательный анализ данных, собранных за почти 5 лет с самого чувствительного радиотелескопа в мире, — настоящее испытание на прочность”.
Черные дыры — это астрономические объекты с настолько сильной гравитацией, что даже свет не может вырваться за их пределы, поясняет CNN. Большинство крупных галактик имеют в центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Меньшие черные дыры — это остатки крупных мертвых звезд, но происхождение сверхмассивных из них плохо изучено.
Ничто не может преодолеть порог черной дыры, называемый горизонтом событий. Однако вещество, вращающееся вокруг черной дыры, может нагреваться и светиться из-за трения и приливных сил, испуская радиоволны и рентгеновские лучи. Когда черная дыра питается газом, объект выпускает частицы в виде ветра или струй, которые движутся почти со скоростью света, удаляясь в космос на тысячи световых лет. Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, и оно составляет 9,46 триллиона километров.
Используя большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Atacama и радиотелескопы ALMA в Чили, Горски и Мурчикова создали самую подробную карту холодного газа вокруг Стрельца A*, а затем удалили все радиопомехи от объекта. То, что осталось, представляло собой полость длиной около 3 световых лет с углом раскрытия 45 градусов, ведущую обратно к самой черной дыре.
Затем исследователи использовали рентгеновскую обсерваторию НАСА “Чандра», чтобы подтвердить, что холодный газ в этом регионе был сформирован горячей плазмой или электрически заряженным газом, исходящим из центра галактики: «Если бы холодный газ находился перед горячей плазмой или позади нее, сильной корреляции не было бы, – рассказал Горски. – Хотя мы непосредственно не обнаружили частицы, движущиеся по ветру, мы смогли определить направление и энергию ветра”.
По словам Марка Горски, есть две основные причины, по которым открытие присутствия ветра происходило более полувека, с тех пор как Стрелец А* был впервые обнаружен в 1970-х годах. Во-первых, приборы только сейчас стали достаточно совершенными, чтобы видеть сквозь газ и пыль, которые находятся между Землей и центром нашей галактики. Во-вторых, в созвездии Стрельца А* период затишья, из-за чего ветер слабее и, следовательно, его гораздо труднее обнаружить. Для сверхмассивных черных дыр характерно чередование периодов активности и затишья, в зависимости от количества окружающего их вещества.
“Наш результат, по сути, говорит о том, что у этой черной дыры также есть ветер, так что в этом нет ничего странного, и физика черных дыр в целом работает так, как мы ожидали, — отмечает Лена Мурчикова. – Но ветер было трудно обнаружить, потому что он был очень слабым. Никогда прежде мы не видели слабого ветра из черной дыры”.
Наблюдения за сверхмассивными черными дырами в других галактиках выявили чрезвычайно мощные струи, но такие явления редки, добавила Мурчикова. Большую часть времени черные дыры находятся в спокойном состоянии и просто обдуваются легким ветерком, который труднее заметить, потому что “никаких фейерверков не происходит”.
Теперь исследователи планируют расширить карту холодного газа на более крупный регион, чтобы в полной мере оценить воздействие ветра. Команда также хочет снять “фильм” о газе, приближающемся к черной дыре, чтобы понаблюдать за движением облаков и иметь возможность оценить, сколько газа потребляет черная дыра.
Исследователям еще многое предстоит выяснить о том, как сверхмассивные черные дыры запускают ветры, хотя ученые полагают, что это, скорее всего, связано с тем, как магнитные поля вращаются вокруг черной дыры, когда газ движется по своей орбите, по словам Дэна Уилкинса, доцента-исследователя кафедры астрономии университета штата Огайо.
“Наблюдение за ветрами, вызываемыми черными дырами, в нашей собственной галактике не только дает нам новый путь к пониманию того, как эти ветры движутся, но и показывает, что сверхмассивные черные дыры все еще способны запускать ветер в свои галактики, даже когда они не находятся в активной фазе быстрого роста”, — отмечает Уилкинс.
Струи и ветры из черных дыр входят в учебники физики, и ученые наблюдали множество сверхмассивных черных дыр, выбрасывающих их в космос. “Это ”захватывающе» — наконец-то поймать центральную черную дыру нашей галактики в действии», — комментирует профессор астрономии и физики Приямвада Натараджан.
“Стрелец А* долгое время вызывал большое разочарование астрофизиков галактического центра: он находится достаточно близко, чтобы изучать его в мельчайших деталях, но при этом остается тихим и, по-видимому, безветренным, — отмечает она. – Эта статья опровергает эту картину. Вот как выглядит терпеливая, глубокая наблюдательная астрономия, когда она приносит свои плоды”.
Свежие комментарии