Черные дыры не имеют многих отличительных особенностей. Они бывают одного цвета (черного) и одной формы (сферической). Основное различие между черными дырами заключается в их массе: некоторые весят примерно столько же, сколько звезда вроде нашего Солнца, а другие весят примерно в миллион раз больше. Черные дыры звездной массы можно найти где угодно в галактике, но самые большие из них (так называемые сверхмассивные черные дыры) находятся в ядрах галактик.
Эти сверхмассивные гиганты все еще довольно малы с космической точки зрения: обычно они содержат лишь около 1% массы своей родительской галактики и занимают лишь миллионную часть ее ширины.
Однако, как мы только что обнаружили, существует удивительная связь между тем, что происходит вблизи черной дыры, и формой всей галактики, которая ее окружает. Наши результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Когда загораются черные дыры
Сверхмассивные черные дыры встречаются довольно редко. В нашей галактике Млечный Путь есть одна в центре (называемая Стрелец А*), и многие другие галактики также содержат в своем ядре одну сверхмассивную черную дыру.
При определенных обстоятельствах пыль и газ, попадающие в эти ядра галактик, могут сформировать диск горячей материи вокруг черной дыры. Этот «аккреционный диск», в свою очередь, создает перегретую струю заряженных частиц, которые выбрасываются из черной дыры на невероятных скоростях, близких к скорости света.
Когда сверхмассивная черная дыра загорается таким образом, мы называем ее квазаром.
Как наблюдать квазар
Чтобы хорошо рассмотреть струи квазаров, астрономы часто используют радиотелескопы. Фактически, мы иногда объединяем наблюдения с нескольких радиотелескопов, расположенных в разных частях света.
Используя метод, называемый интерферометрией со сверхдлинной базой, мы фактически можем создать один телескоп размером со всю Землю. Этот гигантский глаз может различать мелкие детали гораздо лучше, чем любой одиночный телескоп.
Это не только позволяет нам видеть объекты и структуры гораздо меньшие, чем невооруженным глазом, но и делает это лучше, чем космический телескоп Джеймса Уэбба.
Эта техника была использована для создания первого «изображения черной дыры» в 2019 году, показывающего гало, созданное вокруг сверхмассивной черной дыры в галактике M87.
Квазарные струи, которые можно обнаружить с помощью интерферометрии с очень длинной базой, могут иметь длину в миллионы световых лет и почти всегда обнаруживаются в эллиптических галактиках. Используя интерферометрию с очень длинной базой, мы можем наблюдать их на расстоянии примерно нескольких световых лет от их родительской черной дыры.
Направление струи вблизи ее источника говорит нам кое-что об ориентации аккреционного диска и, следовательно, возможно, о свойствах самой черной дыры.
Соединение с родительской галактикой
А как насчет родительских галактик? Галактика — это трехмерный объект, состоящий из сотен миллиардов звезд.
Но нам оно представляется (наблюдаемым оптически или инфракрасно) в проекции либо эллипсом, либо спиралью. Мы можем измерить форму этих галактик, прослеживая профиль звездного света и измеряя длинную и короткую оси двумерной формы.
В нашей работе мы сравнили направление джетов квазаров с направлением этой более короткой оси галактического эллипса и обнаружили, что они имеют тенденцию указывать в одном и том же направлении. Это совпадение статистически более значимо, чем можно было бы ожидать, если бы оба были выровнены случайным образом.
Это удивительно, потому что черная дыра настолько мала по сравнению с родительской галактикой (которая может иметь диаметр в сотни тысяч или даже миллионы световых лет) (длина джетов, которые мы измерили, составляет всего несколько световых лет).
Удивительно, что такой относительно небольшой объект может влиять на окружающую среду или находиться под ее влиянием в таком большом масштабе. Мы могли бы ожидать корреляции между джетом и местной средой, но не со всей галактикой.
Как образуются галактики
Говорит ли это что-нибудь о том, как формируются галактики?
Спиральные галактики, пожалуй, самый известный тип галактик, но иногда они сталкиваются с другими спиральными галактиками и образуют эллиптические галактики. Мы видим эти трехмерные яйцеобразные капли как двумерные эллипсы на небе.
Процесс слияния запускает активность квазаров способами, которые мы до конца не понимаем. В результате почти все квазарные струи, которые можно обнаружить с помощью интерферометрии со очень длинной базой, расположены в эллиптических галактиках.
Точная интерпретация наших результатов остается загадочной, но она важна в контексте недавнего открытия космическим телескопом Джеймса Уэбба квазаров большой массы (с массивными черными дырами), которые сформировались во Вселенной гораздо раньше, чем ожидалось. Очевидно, что наше понимание того, как формируются галактики и как на них влияют черные дыры, нуждается в обновлении.
Информация от: Разговором
