Аритмичное «биение сердца» черной дыры

В центре галактического скопления Центавра имеется большая эллиптическая галактика, называемая NGC 4696. Еще глубже, в ядре этой галактики, притаилась сверхмассивная черная дыра. 

Новые данные рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и других телескопов раскрыли детали этой гигантской черной дыры, расположенной примерно в 145 миллионах световых лет от Земли. Хотя сама дыра не зафиксирована, астрономы изучают воздействие, которое она оказывает на галактику, в которой обитает, и более крупные скопления вокруг.

В некотором смысле активность этой черной дыры напоминает биение сердца, которое качает кровь через артерии. Аналогичным образом она может вводить материал и энергию в свою галактику и за ее пределы.

Изучая собранные данные, исследователи обнаружили свидетельства повторных взрывов энергичных частиц в струях, создаваемых сверхмассивной черной дырой в центре NGC 4696. Эти взрывы создают огромные полости в горячем газе, заполняющем пространство между галактиками, а также ударные волны, похожие на звуковые, если бы через кластер пролетали высокоскоростные самолеты.

Это составное изображение включает рентгеновские данные «Чандры» (красный), показывающие горячий газ в кластере, радиоданные массива телескопов Карла Янски (синий), демонстрирующие высокоэнергичные частицы, произведенные черной дырой, а также галактики и звезды внутри и вне кластера (зеленый), запечатленные «Хабблом».

Астрономы использовали специальную обработку рентгеновских данных, чтобы выделить девять полостей, видимых в горячем газе. Эти полости на дополнительном изображении обозначены от A до I, а на месте черной дыры стоит крестик. Полости, образовавшиеся совсем недавно, расположены ближе всего к черной дыре, в частности те, которые подписаны А и В.

По оценкам исследователей, взрывы черной дыры, или «биения», происходят каждые 5–10 миллионов лет. Помимо значительно различающихся временных масштабов, эти удары также отличаются от типичных человеческих сердечных сокращений отсутствием регулярных интервалов.

Другой тип обработки рентгеновских данных показывает последовательность искривленных деталей в горячем газе почти с равными промежутками. Они могут быть вызваны звуковыми волнами, генерируемыми повторными всплесками черной дыры. В скоплении галактик горячий газ, который заполняет кластер, позволяет звуковым волнам распространяться — хотя и на слишком низких частотах, чтобы человек мог услышать и обнаружить.

Эти детали в кластере Центавра похожи на рябь, видимую в скоплении галактик Персея. Уровень звука в Центавре чрезвычайно глубокий, что соответствует диссонирующему звуку около 56 октав в середине C. Это примерно на одну октаву выше, чем звук в Персее. Альтернативные объяснения этих кривых деталей включают эффекты турбулентности или магнитных полей.

Взрывы черной дыры также подняли газ, который был обогащен элементами, созданными при взрывах сверхновых. Авторы исследования создали карту, показывающую плотность элементов, более тяжелых, чем водород и гелий. Более яркие цвета на карте отражают области с самой высокой плотностью тяжелых элементов, а более темные — области с меньшей плотностью тяжелых элементов.

Области с наибольшей плотностью тяжелых элементов расположены справа от черной дыры. Более низкая их плотность вблизи дыры согласуется с идеей о том, что обогащенный газ был выведен из центра кластера из-за взрывной активности. Энергия, производимая черной дырой, способна предотвратить охлаждение огромного резервуара горячего газа и образование большого количества звезд в нем.