Сверхмассивные черные дыры находятся «в эпицентре собственных бурь»

В центрах практически всех галактик, включая нашу, есть гигантские черные дыры, но до сих пор ученые не имели четкого представления о том, как именно они влияют на свое окружение.

Международная группа астрономов под руководством специалистов из Чикагского университета впервые смогла детально изучить бурлящий газ вокруг двух сверхмассивных черных дыр. Данные были получены с помощью нового орбитального телескопа XRISM, запущенного в 2023 году Японским агентством аэрокосмических исследований совместно с NASA и Европейским космическим агентством. Аппарат обладает уникальной способностью отслеживать движение и определять химический состав сверхгорячего газа, излучающего рентгеновские лучи.

«Впервые мы можем напрямую измерить кинетическую энергию газа, вихри которого поднимает черная дыра, — говорит соавтор исследования, аспирантка Чикагского университета Энни Хайнрих. — Это как если бы каждая сверхмассивная черная дыра находилась в “эпицентре собственной бури”».

Ученые исследовали два скопления галактик. В скоплении Девы, ближайшем к Земле и содержащем знаменитую черную дыру M87*, обнаружена самая сильная турбулентность из когда-либо измеренных в галактических скоплениях — более интенсивная, чем при столкновении галактик, одном из самых мощных космических событий со времен Большого взрыва.

«Скорости вблизи черной дыры максимальны и очень быстро падают с удалением от нее, — объясняет Ханна Макколл, аспирантка Чикагского университета. — Самые быстрые движения, вероятно, вызваны сочетанием турбулентных вихрей и ударной волны истекающего из черной дыры газа».

Окрестности сверхмассивной черной дыры M87* в представлении художника. Облака бурлящих сверхгорячих газов вокруг таких черных дыр простираются гораздо дальше, чем показано на этой визуализации.Источник: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Сверхмассивные черные дыры — «неряшливые едоки». Когда звезды и газ притягиваются к их горизонту событий, возникают потоки энергичных частиц, движущихся почти со скоростью света. Они перемешивают окружающий газ и накачивают его энергией на расстояниях в сотни тысяч световых лет.

Это открытие помогает объяснить давнюю загадку: почему в центрах крупных галактических скоплений рождается меньше звезд, чем ожидалось? Согласно новым данным, если энергия движения газа полностью преобразуется в тепло, этого как раз достаточно, чтобы противодействовать охлаждению газа, необходимому для звездообразования.

«Остается открытым вопрос, единственный ли это механизм нагрева, но результаты ясно показывают: турбулентность — необходимый компонент энергообмена между сверхмассивными черными дырами и их окружением», — отмечает Макколл.