После длительных поисков обнаружен ветер центральной черной дыры Млечного Пути

После более чем 50 лет поисков астрофизики наконец обнаружили доказательства существования мощного ветра, дующего из сверхмассивной черной дыры Стрелец А* (Sgr A*) в центре нашей галактики Млечный Путь.

Об открытии  сообщают в Северо-Западном университете, передают OstanniPodii.com.

Согласно теоретической физике и общепринятому пониманию эволюции галактик, когда черные дыры поглощают материю, они должны образовывать ветер или джеты. Даже небольшое количество газа, попадающего в черную дыру, должно генерировать достаточно энергии, чтобы вытолкнуть материю наружу. Без ветра Sgr A* была бы уникальным исключением.

Но до сих пор никто не мог его найти.

Представив самое подробное на сегодняшний день представление о том, как Sgr A* взаимодействует с окружающей средой и трансформирует ее, ученые разгадали одну из древнейших загадок астрономии. Это также открывает новое окно в физику, происходящую в центре Млечного Пути.

Исследование было опубликовано 4 июня в The Astrophysical Journal Letters.

«Если черная дыра не существует в идеальном вакууме, она должна как-то выпускать ветер. А идеального вакуума во Вселенной не существует. Благодаря новым наблюдениям мы впервые получили достаточно четкое изображение, чтобы увидеть след ветра. Мы посмотрели на данные и сказали: “Вот оно. Вот то, что все искали в течение 50 лет”», — говорит Марк Горски, один из руководителей исследования. Сосредоточиваясь на эволюции галактик, он является доцентом-исследователем в Центре междисциплинарных исследований и экспериментов в астрофизике (CIERA) Северо-Западного университета.

«Мы первыми показали, что молекулярный газ, который находится очень-очень близко к черной дыре, питает ее. Ветер не сильный, и его направление, вероятно, меняется со временем. Это показывает, что наша черная дыра не уникальна, и наше место во Вселенной не является уникальным», — отметила Елена Мурчикова, которая совместно с Горски возглавляла исследование. Она — эксперт по астрофизике черных дыр, доцент кафедры физики и астрономии в Колледже искусств и наук имени Вайнберга Северо-Западного университета и член CIERA.

Неуловимый ветер в сердце галактики

Хотя черные дыры известны тем, что поглощают все, что осмеливается приблизиться слишком близко, они не только втягивают вещество. Они также выталкивают наружу его часть. На протяжении десятилетий теоретики предсказывали, что все черные дыры, которые активно пополняются, генерируют мощные оттоки. Когда вещество спирально приближается к черной дыре, оно движется все быстрее — пока не набирает скорость, близкую к скорости света. Это создает достаточно энергии и давления, чтобы вытолкнуть часть горячего, быстро движущегося вещества наружу в виде ветров или джетов.

Хотя астрономы обнаружили доказательства прошлых извержений из Sgr A*, им было трудно обнаружить оттоки, происходящие сейчас. Команда Северо-Западного университета говорит, что это, вероятно, потому, что Sgr A* находится в более спокойной фазе и их просто невероятно трудно увидеть.

«Чтобы наблюдать за нашей черной дырой, нам приходится смотреть сквозь плоскость нашей галактики. Это означает, что нам приходится смотреть сквозь газ, пыль и ионизированные структуры, а сквозь все это не так просто что-либо увидеть», — сказала Мурчикова.

Полость в форме конуса

Теперь, благодаря новым инструментам и данным наблюдений, команда наконец смогла рассмотреть это явление поближе. Используя пятилетние чрезвычайно подробные наблюдения, полученные с помощью радиотелескопов Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA) в Чили, исследователи создали самое четкое изображение холодного молекулярного газа, окружающего черную дыру, которое когда-либо было получено.

Изображение отображало газ, расположенный невероятно близко к Sgr A* — в пределах всего одного парсека (или примерно трех световых лет) от черной дыры. Затем они применили метод калибровки, чтобы устранить яркие радиосигналы черной дыры. Полученное изображение в 100 раз глубже и в 80 раз четче, чем предыдущие карты этого региона. Благодаря такому уровню детализации оно раскрыло структуры, которые были полностью невидимы в предыдущих наблюдениях.

Но одна ново обнаруженная, несомненная особенность поразила исследователей. Огромная полость в форме конуса — длиной почти один парсек и шириной 45 градусов — была лишена холодного молекулярного газа. По мнению исследователей, только горячий, энергичный ветер, дующий из Sgr A*, мог создать эту полые область. Куда бы ни двигался горячий ветер, он либо сметает холодный газ, либо нагревает его.

«Если вы выдуваете горячее вещество из черной дыры, оно не будет сосуществовать с холодным веществом. Оно либо вытолкнет холодное вещество, либо нагреет его. И если оно слишком горячее, вы больше не увидите холодного газа», — сказал Горски.

Исключительные утверждения, исключительные доказательства

Хотя звезды тоже создают ветры, звездные ветры недостаточно мощны, чтобы вырезать четко очищенную область такого размера. Даже объединенная мощность всех соседних звезд недостаточна.

«Это огромное отсутствие вещества», — отметил Горски. «Мы подсчитали, сколько энергии требуется для образования этой пустоты. Это больше, чем могут выделить звезды в этой области. По сути, должен быть вклад со стороны сверхмассивной черной дыры. И, если проследить форму конуса, он направлен прямо на черную дыру».

Прежде чем объявить, что они разгадали давнюю загадку, исследователи продолжали анализировать данные, чтобы еще раз подтвердить свои результаты. Рентгеновская обсерватория NASA «Чандра» ранее точно определила яркие рентгеновские излучения в том же регионе. В том же месте, где были яркие рентгеновские излучения, обнаружилась полая конусообразная область, где не было холодного газа.

«Исключительные утверждения требуют исключительных доказательств», — сказал Горски. «Мы хотели убедиться, что мы не просто смотрим на какой-то артефакт изображения. Тогда рентгеновское изображение сот «Чандры» просто идеально вписалось. Молекулярные особенности совпали».

Спокойная фаза жизни

Исходя из того, как далеко его влияние распространяется на соседний поток ионизированного газа, астрофизики предполагают, что этот ветер действует не менее 20 000 лет. Это открытие также подтверждает, что Sgr A* относительно спокойна по сравнению с центральными сверхмассивными черными дырами других галактик.

«Большинство других галактик проводят большую часть своей жизни в состоянии, когда они не особенно активны», — сказала Мурчикова. «Но мы можем видеть их только тогда, когда они находятся в стадии фейерверка. Очень интересно изучать черные дыры, когда они находятся в стадии фейерверка, но на самом деле это не их основное состояние. Sgr A* наконец-то дает нам возможность заглянуть в жизнь черной дыры в этом спокойном состоянии».