«Красные самородки» помогут понять рост сверхмассивных черных дыр

Редкий вид галактик показывает, как черные дыры «задушили» рождение новых звезд и применили всю неиспользованную энергию для собственного роста. 

В 2005 году астрономы впервые обнаружили существование необычного типа галактик в далекой ранней Вселенной. Они возникли всего через три-четыре миллиарда лет после Большого взрыва. Для наблюдателей с Земли они кажутся красными из-за обилия в них красных звезд.

Их назвали «красными самородками» и считают прародителями гигантских эллиптических галактик, которых, в свою очередь, часто называют «красными и мертвыми» — в них находятся только старые, маломассивные красные звезды. У «красных самородков» почти такая же масса, как у эллиптических галактик средних размеров, хотя по размеру первые не больше одной пятой вторых. Со временем «самородки» столкнулись с другими галактиками, но некоторые из них так и остались одиноки на задворках видимой Вселенной.

Группа астрономов под лидерством Норберта Вернера из MTA-Eotvos University Lendulet Hot Universe and Astrophysics Research Group в Венгрии изучила поведение двух таких галактик — MRK 1216 и PGC 032673. Обе они моложе других наблюдаемых «красных самородков». Одна находится в 295 миллионах световых лет от Земли, другая — в 344 миллионах световых лет.

Исследователи наблюдали за поведением красного межзвездного газа в центре каждого «самородка». Рентгеновские излучения, производимые этим газом, могут отражать признаки деятельности ближайшей черной дыры в каждой галактике. Исходя из своих наблюдений, команда Вернера обнаружила, что черные дыры не дают газу остыть и сформировать звезды.

«Мы видим, что черные дыры в этих галактиках берут все под свой контроль, что негативно сказывается на формировании новых звезд», — говорит Вернер.

Сверхмощные гравитационные и магнитные поля черных дыр могут отклонять падающую в них материю и выбрасывать ее наружу в форме джетов со скоростью, близкой к скорости света. Эти джеты производят огромные объемы тепла, воздействуя на окружающий дыру межзвездный газ, не давая ему остыть и сформироваться в новые звезды.

У MRK 121, в частности, более горячий центр, чем у другой галактики. Это может означать, что «красный самородок» совсем недавно был нагрет джетом своей черной дыры. В PGC 032673, которая немного старше первой, газ в 10 раз тусклее, что указывает на беспощадные выбросы ее черной дыры, отбросившие газ на более далекие расстояния.

Ученые также зафиксировали радиоизлучения от обеих черных дыр, типичные для черных дыр с джетами. Рентгеновские сигналы от обеих из них также в сто миллионов раз ниже эддингтоновского предела, что характерно для объектов, выбрасывающих джеты.

Вернер и его команда предполагают, что сверхмассивные черные дыры увеличили свой размер, поглощая горячий газ рядом с центром своих галактик.

Черные дыры в MRK 1216 и PGC 032673 — два из наиболее массивных подобных объектов, известных науке. Измерив скорость звезд рядом с центром каждого из «красных самородков», исследователи выяснили, что масса каждой из их черных дыр примерно в пять миллиардов раз превышает массу Солнца.

К тому же масса каждой из этих черных дыр составляет малый процент от общей массы звезд рядом с центром галактики. Черные дыры более типичных галактик весят в 10 раз меньше.

«Они не только не дают формироваться новым звездам, но также могут использовать часть этого галактического материала для собственного питания», — комментирует открытие соавтор исследования Массимо Гаспари из Принстонского университета.