Эволюция галактик может быть подвержена влиянию струй черных дыр

Фото из открытых источников

В последние десятилетия астрономы обнаружили доказательства того, что сверхмассивные черные дыры могут серьезно влиять на эволюцию своих галактик. Они поглощают вещество, предназначенное для звездообразования, подавляя рождение звезд. И наоборот, струи, исходящие от этих ненасытных монстров, могут насыщать энергией богатые газом области и повышать шансы галактики на рождение множества звезд в этих областях.

Недавнее исследование, проведенное группой астрономов из Университета штата Аризона и Института Рамана в Индии, было посвящено обширным газовым оболочкам, окружающим многие галактики, включая Млечный Путь. Этот резервуар, называемый окологалактической средой (или сокращенно ОГС), может быть очень большим — иногда простираясь в 10–20 раз больше видимой части галактики. ОГС — это так называемый «барионный резервуар» (то есть видимый материал), который участвует в долгосрочной эволюции галактики и регулирует её. Газы в этих областях являются ценным источником материала для звездообразования, поскольку они перемещаются в соседнюю галактику и сгущаются под действием гравитации.

Члены команды Санчатита Бортакур (Университет штата Аризона) и Намрата Рой (Университет Риверсайд) объединили наблюдения сотен галактик с активными джетами. Эти исследования проводились с использованием спектроскопического инструмента для изучения темной энергии (DESI) (установленного на 4-метровом телескопе Мэйалла на горе Китт-Пик в Аризоне) и измерений радиоджетов из двухметрового обзора неба LOFAR (LoTSS) (низкочастотная радиосистема, расположенная в Европе). Они взяли объединенные измерения, полученные непосредственно от джетов, и искали характерные сигналы ионизированного водорода (H-альфа).

Результаты показали очень четкий и сильный набор сигналов от осей радиоструй. Это означает, что струи «нагревают» газы вдоль своих траекторий. Наиболее сильное воздействие они оказывают в местах контакта со окологалактической средой, а затем и дальше, по мере того как струи движутся в пространстве и высвобождают свои сверхвысокие энергии. В обоих местах ударные фронты и высвобождение энергии могут подсвечивать газы или разрушать их. Конечным результатом является волна звездообразования вдоль ударных областей или «гашение» звездообразования в местах, где струя нарушает поступление газа. По словам Роя, действие струй иллюстрирует нечто удивительное о мощи сверхмассивных черных дыр. «Удивительный вопрос: как что-то настолько маленькое может энергетически воздействовать на что-то настолько огромное?» — сказал Рой.

Галактики с активными черными дырами и джетами обычно называют активными галактическими ядрами (АГЯ). Эти джеты не возникают в вакууме, поэтому астрономы искали свидетельства их активности в окружающей окологалактической среде. «Больше всего меня волнует масштаб этой связи», — сказал Рой. «Черная дыра невероятно мала по сравнению с галактикой, но ее воздействие может достигать сотен тысяч световых лет, далеко на окраинах галактики. Джет уносит энергию наружу, и газ светится вдоль его пути».

Сами струи (также известные как релятивистские струи) образуются парами в виде сильно коллимированных, высокоэнергетических и высокоскоростных потоков, удаляющихся от черной дыры. Они возникают, когда вещество закручивается вблизи черной дыры и перегревается. Тепло должно куда-то деться, и именно из струи образуется излучение. Струи испускают излучение во всех диапазонах длин волн, включая радиочастоты, что позволяет детально их изучать. Энергию, которую они несут, мы обнаруживаем с Земли с помощью рентгеновских, радио- и других приборов. Действия струй — нагревание, перемешивание, ударное воздействие и возмущение газовых облаков — могут оказывать тормозящее или ускоряющее воздействие на рост галактики. Если черная дыра поглощает имеющиеся запасы газа в ближней окрестности или ее струя уничтожает эти запасы дальше в галактике, это оказывает глубокое влияние на скорость роста галактики. В худшем случае активность черной дыры и ее струй может привести галактику в состояние покоя. Это означает, что в ней не образуется много (или вообще не образуется) звезд. В такой галактике мы бы наблюдали гибель звёзд, что принесло бы новый материал и повлияло бы на процесс звездообразования, но это выглядело бы совсем иначе.

Если джеты возмущают и насыщают энергией облака газа в окологалактической среде вдали от черной дыры, то вероятность вспышек звездообразования в областях, где текут джеты, значительно возрастает. Именно поэтому важно изучать оси джетов, чтобы найти области, где газы подвергаются какому-либо воздействию. В будущем астрономы смогут создать больше моделей такого рода, сочетая их с дальнейшими наблюдениями, подобными тем, что уже были проведены с помощью DESI и LOFAR. Результатом должно стать более убедительное доказательство уже наблюдавшихся взаимодействий между радиоджетами в активных ядрах галактик и окологалактической средой, формирующей гало вокруг их галактик.