Після тривалих пошуків виявлено вітер центральної чорної діри Чумацького Шляху

Після понад 50 років пошуків астрофізики нарешті виявили докази існування потужного вітру, що дме з надмасивної чорної діри Стрілець А* (Sgr A*) в центрі нашої галактики Чумацький Шлях.

Про відкриття  розповідають в Північно-Західному університеті, передають OstanniPodii.com.

Згідно з теоретичною фізикою та загальноприйнятим розумінням еволюції галактик, коли чорні діри поглинають матерію, вони повинні утворювати вітер або джети. Навіть невелика кількість газу, що потрапляє в чорну діру, повинна генерувати достатньо енергії, щоб виштовхнути матерію назовні. Без вітру Sgr A* була б унікальним винятком.

Але дотепер ніхто не міг його знайти.

Надавши найдетальніше на сьогодні уявлення про те, як Sgr A* взаємодіє з навколишнім середовищем та трансформує його, вчені розгадали одну з найдавніших загадок астрономії. Це також відкриває нове вікно у фізику, що відбувається в центрі Чумацького Шляху.

Дослідження було опубліковано 4 червня в The Astrophysical Journal Letters.

«Якщо чорна діра не існує в ідеальному вакуумі, вона мусить якось випускати вітер. А ідеального вакууму у Всесвіті не існує. Завдяки новим спостереженням ми вперше отримали достатньо чітке зображення, щоб побачити слід вітру. Ми подивилися на дані й сказали: “Ось воно. Ось те, що всі шукали протягом 50 років”», — каже Марк Горскі, один з керівників дослідження. Зосереджуючись на еволюції галактик, він є доцентом-дослідником у Центрі міждисциплінарних експлорацій і досліджень в астрофізиці (CIERA) Північно-Західного університету.

«Ми першими показали, що молекулярний газ, який знаходиться дуже-дуже близько до чорної діри, живить її. Вітер не потужний, і його напрямок, ймовірно, змінюється з часом. Це показує, що наша чорна діра не унікальна, і наше місце у Всесвіті не є унікальним», — відмітила Олена Мурчикова, яка спільно з Горскі очолювала дослідження. Вона — експертка з астрофізики чорних дір, доцентка фізики та астрономії у Коледжі мистецтв і наук імені Вайнберга Північно-Західного університету та членкиня CIERA.

Невловний вітер у серці галактики

Хоча чорні діри відомі тим, що поглинають усе, що наважується наблизитися занадто близько, вони не лише втягують речовину. Вони також виштовхують назовні її частку. Протягом десятиліть теоретики передбачали, що всі чорні діри, які активно поповнюються, генерують потужні відтоки. Коли речовина спірально наближається до чорної діри, вона рухається дедалі швидше — аж доки не набирає швидкість, близьку до швидкості світла. Це створює достатньо енергії та тиску, щоб виштовхнути частину гарячої, швидко рухомої речовини назовні у вигляді вітрів або джетів.

Хоча астрономи виявили докази минулих вивержень з Sgr A*, їм було важко виявити відтоки, що відбуваються зараз. Команда Північно-Західного університету каже, що це, ймовірно, тому, що Sgr A* перебуває у спокійнішій фазі та їх просто неймовірно важко побачити.

«Щоб спостерігати за нашою чорною дірою, ми маємо дивитися крізь площину нашої галактики. Це означає, що ми маємо дивитися крізь газ, пил та іонізовані структури, а крізь усе це не так просто побачити», — сказала Мурчикова.

Порожнина у формі конуса

Тепер, завдяки новим інструментам та даним спостережень, команда нарешті змогла розглянути це явище ближче. Використовуючи п’ятирічні надзвичайно детальні спостереження, отримані за допомогою радіотелескопів Атакамської великої міліметрової/субміліметрової решітки (ALMA) у Чилі, дослідники створили найчіткіше зображення холодного молекулярного газу, що оточує чорну діру, яке коли-небудь було отримано.

Зображення відображало газ, розташований неймовірно близько до Sgr A* — у межах лише одного парсека (або приблизно трьох світлових років) від чорної діри. Потім вони застосували метод калібрування, щоб усунути яскраві радіосигнали чорної діри. Отримане зображення в 100 разів глибше та в 80 разів чіткіше, ніж попередні карти цього регіону. Завдяки такому рівню деталізації воно розкрило структури, які були повністю невидимі в попередніх спостереженнях.

Але одна нововиявлена, безсумнівна особливість вразила дослідників. Величезна порожнина у формі конуса — довжиною майже один парсек і шириною 45 градусів — була позбавлена холодного молекулярного газу. На думку дослідників, лише гарячий, енергійний вітер, що дме з Sgr A*, міг створити цю порожнисту область. Куди б не рухався гарячий вітер, він або змітає холодний газ, або нагріває його.

«Якщо ви видуваєте гарячу речовину з чорної діри, вона не буде співіснувати з холодною речовиною. Вона або виштовхне холодну речовину, або нагріє її. І якщо вона занадто гаряча, ви більше не побачите холодного газу», — сказав Горскі.

Виняткові твердження, виняткові докази

Хоча зорі теж створюють вітри, зоряні вітри не достатньо потужні, щоб викарбувати чітко очищену область такого розміру. Навіть об’єднана потужність усіх сусідніх зірок є недостатньою.

«Це величезна відсутність речовини», — зазначив Горскі. «Ми підрахували, скільки енергії потрібно для створення цієї порожнини. Це більше, ніж можуть надати зорі в цій області. По суті, має бути внесок від надмасивної чорної діри. І, якщо простежити форму конуса, він спрямований прямо на чорну діру».

Перш ніж оголосити, що вони розгадали давню загадку, дослідники продовжували аналізувати дані, щоб ще раз підтвердити свої результати. Рентгенівська обсерваторія NASA «Чандра» раніше точно визначила яскраві рентгенівські випромінювання в тому самому регіоні. У тому ж місці, де були яскраві рентгенівські випромінювання, виявилася порожниста конусоподібна область, де не було холодного газу.

«Виняткові твердження вимагають виняткових доказів», — сказав Горскі. «Ми хотіли переконатися, що ми не просто дивимося на якийсь артефакт зображення. Тоді рентгенівське зображення з “Чандри” просто ідеально вписалося. Молекулярні особливості збіглися».

Спокійна фаза життя

Виходячи з того, як далеко його вплив поширюється на сусідній потік іонізованого газу, астрофізики припускають, що цей вітер діє щонайменше 20 000 років. Це відкриття також підтверджує, що Sgr A* відносно спокійна порівняно з центральними надмасивними чорними дірами інших галактик.

«Більшість інших галактик проводять більшу частину свого життя в стані, коли вони не особливо активні», — сказала Мурчикова. «Але ми можемо бачити їх лише тоді, коли вони перебувають у стадії феєрверка. Дуже цікаво вивчати чорні діри, коли вони перебувають у стадії феєрверка, але насправді це не їхній основний стан. Sgr A* нарешті дає нам можливість зазирнути в життя чорної діри в цьому спокійному стані».

• Чумацький Шлях
• Чорні діри