Пропавший ветер из гигантской черной дыры Млечного Пути наконец-то найден

Фото из открытых источников

В центре каждой крупной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. И всякий раз, когда астрономы изучают эти чёрные дыры в соседних галактиках, они замечают мощные ветры горячего газа, вырывающиеся из их горизонтов событий. Однако, несмотря на десятилетия пристального изучения, чёрная дыра в центре нашей Галактики казалась странно тихой.

Теперь исследователи наконец обнаружили доказательства существования ветров, исходящих из чёрной дыры Млечного Пути: необычной конусообразной области, из которой, по-видимому, выдуло холодные газы, сообщают они в препринте, опубликованном на arXiv. Это открытие может положить конец одной из самых загадочных тайн астрономии за последние полвека.

«Если это правда, то это было бы очень захватывающим открытием, имеющим весьма широкие последствия для центра нашей Галактики», — говорит Лия Ханкла, астрофизик-постдок из Мэрилендского университета. Однако, отмечает она, было бы полезно сначала получить «доказательство существования [ветра], а не просто его отсутствия», например, поток частиц, скорость которого можно было бы измерить.

Когда газ по спирали попадает в диск вещества, окружающий сверхмассивную чёрную дыру, он сильно нагревается. Вместо того, чтобы упасть в чёрную дыру, часть этого газа выбрасывается наружу под воздействием теплового, радиационного и магнитного воздействия. При сильном магнитном воздействии ветер может также принимать форму лазероподобных струй плазмы, которые вырываются из полюсов чёрной дыры почти со скоростью света. Эти горячие ветры возбуждают окружающий холодный газ, унося его прочь от чёрной дыры, а иногда и за пределы галактики. Этот эффект подавляет звездообразование, затрудняя коллапс крупных сгустков газа в звёздные зародыши.

Однако обнаружение ветров, исходящих от чёрной дыры нашей Галактики, называемой Стрельцом A* (Sgr A*), стало настоящей проблемой — в основном из-за сложности наблюдения за центром галактики сквозь пелену звёзд, газа и пыли. Хотя телескоп Event Horizon Telescope смог увеличить изображение и получить изображение Стрельца A* в 2022 году, его линза размером с планету слишком точна, чтобы раскрыть подробности об окрестностях чёрной дыры.

Астрофизик Лена Мурчикова и астроном Марк Горски из Северо-Западного университета предположили, что у них есть шанс обнаружить ветры с помощью чилийской антенной решетки Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), способной проникать сквозь пылевые облака. Эта 66-антенная радиорешетка способна обнаруживать не только горячий ионизированный газ, но и слабое свечение холодного молекулярного газа, излучающего свет на определённых частотах.

За 100 часов наблюдений с помощью ALMA дуэт получил данные об оксиде углерода (CO) – газе, который не исследовался в центре галактики с 1990-х годов, поскольку считалось, что его выбросы слишком хаотичны и не дают никакой пользы. «Может быть, мы займёмся этим, если будет время», – вспоминает свои мысли Горски. Когда они приступили к картированию CO вблизи чёрной дыры, данные преподнесли сюрприз: чёткий конусообразный провал.

Команда наложила рентгеновские данные, полученные рентгеновской обсерваторией «Чандра», на свою карту CO, обнаружив, что она аккуратно очерчивает ту же конусообразную форму. Это привело исследователей к выводу, что ранее не обнаруженный горячий плазменный ветер отталкивает холодный газ со своего пути и испускает рентгеновское излучение. Этот ветер выходит из плоскости галактического диска под углом 45° и простирается примерно на 3 световых года. Этот угол также указывает на то, что Sgr A* вращается не в соответствии с ориентацией галактической плоскости, говорят исследователи.

Это открытие подтверждает, что «наше место во Вселенной не уникально», — говорит Мурчикова. Теперь исследователям предстоит более детально «понять, как эти ветры генерируются» из материи, вращающейся вблизи чёрной дыры, добавляет она.

Шобита Сатьяпал, астрофизик из Университета Джорджа Мейсона, надеется, что это открытие даст толчок исследованиям того, как ветры в соседних галактиках меняются на протяжении жизни чёрной дыры и формируют ближайший процесс звездообразования. «Думаю, именно здесь нас ждёт настоящая революция в этой области», — говорит она.

Ханкла считает, что одним из важнейших результатов станет определение того, когда ветер Sag A* в последний раз был достаточно мощным, чтобы сформировать джеты. Картирование ветров чёрной дыры, как прошлых, так и настоящих, также может помочь объяснить загадочные образования, называемые «пузырями Ферми»: гигантские, испускающие гамма-излучение доли, простирающиеся на 50 000 световых лет выше и ниже плоскости Млечного Путиб.

Хотя вопрос об исчезновении ветра в Млечном Пути, возможно, и закрыт, он не обязательно безупречен. По словам Горски, у ветра «причудливая форма», что позволяет предположить, что близлежащие газовые облака могут изменять его направление. Но, добавляет он, независимо от того, насколько аккуратен он или нет, результат, несомненно, «меняет наш взгляд на нашу собственную космическую среду обитания».