Черные дыры придают форму пузырькам, кольцам и нитям «межгалактического дыма»
AstroNews.ru - 19 Октября 2021 21:28:55
Международная группа исследователей, в том числе ученые из Болонского университета и Итальянского национального института астрофизики (INAF), впервые наблюдали эволюцию теплого газа, исходящего из активной черной дыры. Они смогли рассмотреть эти структуры, которые сильно напоминают потоки дыма, образующиеся при извержениях вулканов, с беспрецедентной детализацией и в масштабе времени в сто миллионов лет.
Их исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, было сосредоточено на системе Nest200047 - группе примерно из 20 галактик на расстоянии примерно 200 миллионов световых лет от нас. В центральной галактике этой системы находится активная черная дыра, вокруг которой исследователи наблюдали множество пар газовых пузырей различного возраста, некоторые неизвестные волокна магнитных полей и релятивистские частицы.
Эти наблюдения стали возможны благодаря LOFAR (LOw Frequency ARray), крупнейшему низкочастотному радиотелескопу в мире. LOFAR может перехватывать излучение, создаваемое самыми старыми электронами, обнаруживаемыми в настоящее время. Этот современный инструмент является результатом огромных усилий девяти европейских стран позволил исследователям «вернуться во времени» более чем на 100 миллионов лет назад и проследить активность черной дыры, находящейся в центре Nest200047.
«Наше исследование показывает, как эти газовые пузыри, ускоренные черной дырой, расширяются и трансформируются во времени. Они создают впечатляющие грибовидные структуры, кольца и волокна, похожие на те, которые возникли в результате мощного извержения вулкана на Земле», - говорится в заявлении. Мариса Бриенца, которая является первым автором этого исследования и ученым на кафедре физики и астрономии им. Аугусто Риги Болонского университета и членом INAF.
Пузыри из частиц
В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Активность черной дыры решающим образом влияет на эволюцию галактики и межгалактической среды, в которой она находится. В течение многих лет исследователи пытались выяснить, как и с какой скоростью действие этих черных дыр вызывает эти эффекты.
В активном состоянии черные дыры поглощают все, что их окружает, и в этом процессе выделяют огромное количество энергии. Иногда эта энергия поступает в виде потоков частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, и генерирующих радиоволны. В свою очередь, эти потоки генерируют пузыри из частиц и магнитных полей, которые в процессе расширения могут нагревать и перемещать окружающую их межгалактическую среду. Это имеет огромное влияние на эволюцию самой межгалактической среды и, как следствие, на темпы звездообразования.
Это исследование предполагает, что активные черные дыры оказывают влияние на масштабы до 100 раз больше, чем вмещающая их галактика, и что это воздействие длится до сотен миллионов лет.
«LOFAR дал нам уникальный взгляд на активность черных дыр и их влияние на окружающую среду», - объясняет Анналиса Бонафеде, одна из авторов исследования, профессор Болонского университета, а также член INAF. «Наши наблюдения Nest200047 показывают, как магнитные поля и очень старые частицы, ускоренные черными дырами и, следовательно, состарившиеся, играют центральную роль в передаче энергии во внешние области групп галактик».
Для этого исследования ученые также использовали наблюдения в рентгеновском диапазоне, полученные с помощью телескопа eROSITA на борту космической обсерватории SRG. Данные рентгеновского излучения позволили исследователям лучше изучить характеристики межгалактической среды, окружающей радиоизлучающие газовые пузыри.
Газовые нити
Эти наблюдения привели к другим неожиданным открытиям: тонкие газовые нити длиной в миллион световых лет, состоящие из частиц, движущихся примерно со скоростью света.
По мнению исследователей, эти нити являются остатками пузырьков, которые черная дыра Nest200047 образовала сотни миллионов лет назад и которые сейчас разрушаются и смешиваются с межгалактической средой. Считается, что изучение этих структур приведет к открытию новой и важной информации о физических особенностях межгалактической материи и физическом механизме, регулирующем передачу энергии между пузырьками и внешней средой.
"В будущем мы сможем изучать влияние черных дыр на галактики и межгалактическую среду со все большей детализацией. В конечном итоге мы сможем раскрыть природу нитей, которые мы обнаружили, благодаря угловому разрешению LOFAR в сочетании с данными международных станций LOFAR", - добавляет Джанфранко Брунетти, соавтор этого исследования, а также астрофизик из Болонского университета.
Телескопы
LOFAR управляется ASTRON, Нидерландским институтом радиоастрономии, и состоит из тысяч антенн и 51 радиостанции, разбросанных по разным европейским странам. LOFAR может перехватывать самые низкие частоты радиоволн на Земле (от 10 до 240 Мегагерц). Национальный институт астрофизики (INAF) возглавляет итальянскую команду LOFAR и вносит свой вклад в разработку нового поколения электронных устройств для телескопа и программного обеспечения, регулирующего его функционирование.
Космический аппарат SRG был разработан Ассоциацией Лавочкина в составе корпорации "Роскосмос" и запущен 13 июля 2019 года с помощью ракета-носителя "Протон" с космодрома Байконур. Обсерватория SRG была построена при участии Немецкого аэрокосмического центра (DLR) в рамках Российской федеральной космической программы по инициативе Российской академии наук в лице Института космических исследований (ИКИ). Телескоп eROSITA был построен под руководством Института внеземной физики Макса Планка (MPE) и DLR. Космический аппарат SRG эксплуатируется Ассоциацией Лавочкина и антеннами Сети глубокого космоса в Медвежьих озерах, Уссурийске и Байконуре, финансируемыми Роскосмосом.