Астрономы обнаружили первую в галактике колебательную струю черной дыры

Общеизвестно, что сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД) играют жизненно важную роль в эволюции галактик. Их мощная гравитация и то, как она ускоряет материю в их окрестностях, приводят к выбросу такого количества излучения из центральной области — так называемого активного галактического ядра (АГЯ) — что оно периодически затмевает все звёзды в диске вместе взятые. Кроме того, некоторые СМЧД ускоряют падающую пыль и газ, образуя струи, исходящие из полюсов, и отправляют потоки перегретого вещества на миллионы световых лет со скоростью, близкой к скорости света.

С момента первого наблюдения таких «релятивистских струй» ученые стремятся узнать о них больше и понять их роль в эволюции галактик. Удивительным открытием стало то, что группа астрономов из Калифорнийского университета в Ирвайне (UC Irvine) и Центра обработки и анализа инфракрасных данных Калифорнийского технологического института (IPAC) недавно обнаружила самую большую и протяженную струю, когда-либо наблюдавшуюся в близлежащей галактике. Их наблюдения также выявили обширные «колеблющиеся» структуры, что является самым убедительным на сегодняшний день доказательством того, что сверхмассивные черные дыры могут кардинально изменять форму своих галактик далеко за пределами их ядер.

Результаты их исследований, опубликованные в журнале Science, также были представлены на 247-й конференции Американского астрономического общества в Финиксе, штат Аризона. Группа исследователей наблюдала галактику VV340a с помощью обсерватории Кека на горе Мауна-Кеа, Гавайи, и обнаружила струю, простирающуюся на расстояние до 20 000 световых лет от её центра. Благодаря космическому веб-имиджеру Кека (KCWI) на телескопе Keck II обсерватории, они различили структуру в виде копья, выровненную с галактическим ядром.

Данные, полученные с помощью телескопа KCWI, позволили команде смоделировать количество выбрасываемого вещества и определить, может ли этот отток влиять на эволюцию галактики. Об этом заявил Джастин Кадер, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвайне и ведущий автор исследования, в пресс-релизе обсерватории Кека имени Уильяма МакЭка :

Данные обсерватории Кека позволили нам понять истинный масштаб этого явления. Газ, который мы наблюдаем с помощью обсерватории Кека, достигает самых дальних расстояний от черной дыры, а значит, охватывает и самые длительные временные масштабы. Без этих наблюдений мы бы не знали, насколько мощным и устойчивым является этот выброс.

Команда объединила данные телескопа Кека с инфракрасными наблюдениями, выполненными с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), и радиоизображениями, полученными с помощью радиотелескопа Карла Г. Янски (VLA). В то время как инфракрасные данные телескопа Уэбба выявили энергетически насыщенное ядро галактики, оптические данные телескопа Кека показали, как эта энергия распространяется наружу. Радиоданные VLA, тем временем, выявили пару плазменных струй, закрученных в спиральную форму по мере их движения наружу. Объединенные данные представили убедительную картину, с несколькими неожиданными результатами.

Например, данные телескопа Webb выявили интенсивно насыщенный энергией «корональный» газ — перегретую плазму, извергающуюся по обе стороны черной дыры и имеющую диаметр в несколько тысяч парсеков. Большинство наблюдаемых корон имеют диаметр в сотни парсеков, что делает эту структуру коронального газа самой протяженной из когда-либо наблюдавшихся. Между тем, радиоданные VLA показали пару плазменных струй, закрученных в спиральную форму по мере их движения наружу, что свидетельствует о редком явлении, при котором направление струи медленно меняется со временем (известном как прецессия струи).

Кроме того, данные KCWI показали, что джет останавливает звездообразование, отрывая от галактики газ со скоростью около 20 солнечных масс в год. Но самым удивительным было то, что эти джеты наблюдались в относительно молодой галактике, такой как VV340a, которая все еще находится на ранних стадиях слияния галактик. Обычно такие джеты наблюдаются в более старых эллиптических галактиках, в которых звездообразование давно прекратилось. Это открытие ставит под сомнение устоявшиеся теории о том, как галактики и их сверхмассивные черные дыры совместно эволюционируют, и может дать новые представления о том, как возникла Млечная Галактика. Кадер сказал:

Это первый случай, когда мы наблюдаем прецессирующий радиоджет килопарсекового масштаба, вызывающий столь массивный выброс вещества в дисковой галактике. Четких ископаемых свидетельств подобных явлений в нашей галактике нет, но это открытие позволяет предположить, что мы не можем этого исключить. Оно меняет наше представление о галактике, в которой мы живем.

Следующим шагом для команды станут радиоастрономические наблюдения с более высоким разрешением, чтобы определить, может ли в центре VV340a находиться вторая сверхмассивная черная дыра, которая может вызывать колебания джетов. «Мы только начинаем понимать, насколько распространена такая активность», — сказала Вивиан У., научный сотрудник Калифорнийского технологического института/IPAC и второй и старший автор исследования. «Благодаря совместной работе обсерватории Кека и других мощных обсерваторий мы открываем новое окно в изучение того, как галактики меняются с течением времени».