Астрономы выяснили, как ветры черной дыры лишают галактики звезд

Ученые приблизились к разгадке давней загадки: почему в самых массивных галактиках Вселенной содержится меньше звезд, чем предсказывают современные модели. Новые наблюдения указывают на то, что виновниками этого могут быть сверхмассивные черные дыры.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Согласно теоретическим расчетам, крупнейшие галактики должны были накопить гораздо больше звездной массы, чем наблюдается в реальности. Разница между расчетной и реальной массой предполагает существование некого процесса, который тормозит рождение новых светил. Докторант Мичиганского университета Синь (Синди) Сян, используя данные рентгеновской обсерватории XRISM, нашла свидетельства того, что этим процессом могут быть мощные потоки вещества от черных дыр.

Черные дыры известны своей гравитацией, настолько сильной, что даже свет не может ее преодолеть. Однако вокруг них также формируются чрезвычайно яркие области. Когда газ и пыль закручиваются по спирали к черной дыре, образуется аккреционный диск — один из самых энергетически мощных объектов во Вселенной. Падающее вещество разогревается до состояния раскаленной плазмы и испускает интенсивное рентгеновское излучение.

Одновременно диск порождает мощные выбросы материи — своеобразные ветра, способные вымести газ за пределы галактики. Поскольку газ — это сырье для формирования звезд, такие потоки могут существенно сократить будущее звездообразование.

Запущенная в 2023 году японским космическим агентством совместно с NASA и ESA миссия XRISM начала научные наблюдения осенью 2024 года. Энергетическое разрешение этой рентгеновской обсерватории примерно в десять раз превосходит предшественников, что позволяет изучать окрестности черных дыр с беспрецедентной детальностью.

«Раньше, без XRISM, мы могли видеть только общие характеристики потоков, — отметила Сян. — Но для ответа на многие вопросы нужно различать тонкие нюансы. Какова структура и геометрия таких потоков? Как и когда запускаются эти ветра?».

Сян и ее коллеги сосредоточились на изучении галактики NGC 4151, расположенной чуть более чем в 50 миллионах световых лет от Земли. В ее центре находится активное ядро со сверхмассивной черной дырой, активно поглощающей материю.

Ранее Сян удалось показать, что ветра из этого диска достигают скоростей, позволяющих навсегда вывести газ из системы, и что запускаются они, по‑видимому, за счет так называемого магнитно‑центрифугального механизма — процесса, родственного механизмам, стоящим за возникновением вспышек на Солнце.

Теперь, используя сотни суток наблюдений NGC 4151, Сян разработала новый способ определения моментов, когда активны самые быстрые ветра. Она анализировала, как меняется яркость черной дыры в рентгеновском спектре и насколько «жестким» или «мягким» является излучение. Эти параметры были объединены в показатель, который команда, по имени его разработчицы, Синди, в шутку называет «cindicity».

Выяснилось, что самые быстрые ветра возникают не во время самих рентгеновских вспышек, а примерно через 10 тысяч секунд — чуть меньше трех часов — после них, причем тогда, когда рентгеновское излучение относительно жесткое, но не слишком яркое. Это первое прямое указание на временную связь между активностью черной дыры в рентгеновском спектре и запуском мощных ветров из аккреционного диска.

Такая связь дает астрономам новый инструмент: зная текущий «cindicity» объекта, можно оценить вероятность того, дует ли в нем сейчас быстрый ветер. А значит, лучше понять, как именно сверхмассивные черные дыры управляют эволюцией галактик и почему самым тяжелым из них так не хватает звезд.

Ранее ученые зарегистрировали самый быстрый ветер рядом с черной дырой.

космосПоделиться