Чорна діра не справляється зі своєю роботою

Астрономи виявили, що може статися, коли гігантська чорна діра не втручається в життя галактичного скупчення. Використовуючи рентгенівську обсерваторію Чандра та інші телескопи, вони показали, що пасивна поведінка чорної діри може пояснити дивовижний потік зореутворення, що відбувається у далекому скупченні галактик.

Про це розповідають в НАСА.

Галактичні скупчення містять сотні або й тисячі галактик, пронизаних гарячим газом, який переважає сумарну масу всіх галактик і випромінює рентгенівські промені. Викиди матеріалу, яким живиться надмасивна чорна діра в центральній галактиці скупчення, зазвичай перешкоджають охолодженню цього гарячого газу для утворення величезної кількості зірок. Цей нагрів дозволяє надмасивним чорним дірам впливати або контролювати активність та еволюцію їхнього галактичного скупчення.

Але що станеться, якщо ця чорна діра перестане бути активною? Галактичне скупчення SpARCS104922.6+564032.5 (коротко SpARCS1049), яке розташоване на відстані 9,9 мільярдів світлових років від Землі, надає відповідь.

На основі спостережень за допомогою космічного телескопа Хаббла та космічного телескопа Спітцера астрономи раніше виявили, що у SpARCS1049 зірки формуються з надзвичайною швидкістю, яка відповідає близько 900 мас Сонця на рік. Це в 300 разів швидше, ніж швидкість, з якою утворює свої зірки наша галактика, Чумацький Шлях. (За швидкістю, що спостерігається в SpARCS1049, всі зірки Чумацького Шляху могли б сформуватися всього за 100 мільйонів років, що є невеликим періодом часу в порівнянні з віком нашої галактики у понад десять мільярдів років.)

"Це нагадує мені старий вираз "як кіт пішов, то миші в танок", - сказала Джулі Хлавачек-Ларрондо з Монреальського університету в Канаді, яка керувала дослідженням. "Тут кіт, або чорна діра, є тихою, а миші, або зірки, дуже зайняті".

Це шалене зореутворення відбувається приблизно за 80 000 світлових років від центру SpARCS1049 в регіоні поза будь-якою галактикою в скупченні. Астрономи задаються питанням: що викликає цей дивовижний цикл народження зірок?

Відповідь може надійти з нових даних Чандри, що розкривають поведінку гарячого газу в SpARCS1049. В більшій частині скупчення температура газу становить близько 65 мільйонів градусів. Однак на місці зореутворення газ щільніше середнього і охолонув до температури лише близько 10 млн градусів. Наявність цього прохолоднішого газу може свідчити про те, що інші невиявлені газові резервуари охололи до ще нижчих температур, що дозволяє утворити величезну кількість зірок.

"Без того, щоб чорна діра активно перекачувала енергію в навколишнє середовище, газ може досить охолонути, що може призвести до такої вражаючої швидкості зореутворення", - сказав співавтор Картер Реа, також з Монреальського університету. "Таке закриття чорної діри може бути вирішальним способом утворення зірок у ранньому Всесвіті".

Хоча є багато прикладів, коли енергія, що вводиться чорними дірами в їхнє оточення, відповідає за зниження швидкості утворення зірок у десятки чи тисячи і більше разів, ці скупчення, як правило, знаходяться лише відстані кілька сотень мільйонів світлових років від Землі і набагато старші, ніж SpARCS1049.

У випадку зі SpARCS1049, астрономи не бачать жодних ознак того, що надмасивна чорна діра в центральній галактиці активно втягує матерію. Наприклад, на радіохвильовій довжині немає жодних доказів наявності струменю матеріалу, що відводиться від чорної діри, або джерела рентгенівського випромінювання із середини галактики, що свідчило б про те, що матерія нагрівалася, коли падала у напрямку до чорної діри.

"Багато астрономів вважали, що без втручання чорної діри утворення зірок вийшло б з-під контролю", - сказала співавтор Трейсі Вебб з Макгілла, яка вперше відкрила SpARCS1049 у 2015 році за допомогою космічного телескопа Спітцера "Тепер ми маємо спостережне підтвердження того, що це дійсно має місце".

Чому чорна діра така тиха? Причиною може бути спостережувана різниця в положенні між найгустішим газом та центральною галактикою. Це означало б, що надмасивна чорна діра в центрі цієї галактики зголодніла без пального. Втрата джерела палива для чорної діри запобігає спалахам і дозволяє газу охолоджуватися без перешкод, при цьому найщильніший газ охолоджується найшвидше. Одним з пояснень цього зміщення є те, що два менші скупчення галактик зіткнулися в якийсь момент у минулому, щоб створити SpARCS1049, віддаляючи найщильніший газ від центральної галактики.

Стаття, що описує ці результати, була опублікований у "The Astrophysical Journal Letters" та доступна онлайн. Центр космічних польотів НАСА ім. Маршалла керує програмою "Чандра". Рентгенологічний центр Смітсонівської астрофізичної обсерваторії управляє науковими та льотними операціями з Кембриджу та Берлінгтона, штат Массачусетс.

* Зображення на початку статті: X-ray: NASA/CXO/Univ. of Montreal/J. Hlavacek-Larrondo et al; Optical: NASA/STScI

Читайте ще цікаві новини про космос.