Впечатление художника о самой длинной струйной системе черной дыры, когда-либо наблюдавшейся. Эти джеты, названные Порфирионами в честь мифологического греческого гиганта, имеют размер около 7 мегапарсеков, или 23 миллионов световых лет. Это эквивалентно ряду из 140 галактик Млечного Пути, расположенных спина к спине. Порфирион возник в то время, когда наша Вселенная была вдвое моложе своего нынешнего возраста. В этот ранний период тонкие нити, соединяющие галактики и питающие их, называемые космической паутиной, были ближе друг к другу, чем сегодня. Следовательно, эта колоссальная пара джетов охватывала большую часть космической паутины, чем аналогичные джеты в нашей соседней Вселенной. Таким образом, открытие Порфириона подразумевает, что струи в ранней Вселенной могли иметь большее влияние на формирование галактик, чем считалось ранее. Фото предоставлено: Э. Вернквист / Д. Нельсон (сотрудничество IllustrisTNG) / М. Оэй
Астрономы обнаружили самую большую пару струй черных дыр, когда-либо наблюдавшихся. Общая длина составляет 23 миллиона световых лет. Это соответствует расположению 140 галактик Млечного Пути, расположенных спина к спине.
«Эта пара не просто размером с Солнечную систему или Млечный Путь; мы говорим в общей сложности о 140 диаметрах Млечного Пути», — говорит Мартейн Оэй, постдокторант Калифорнийского технологического института и ведущий автор статьи в журнале Nature, представляющей результаты. «Млечный Путь будет маленькой точкой в этих двух гигантских извержениях».
Реактивная мегаструктура, названная Порфирионом в честь гиганта из греческой мифологии, возникла в то время, когда нашей Вселенной было 6,3 миллиарда лет, что составляет менее половины ее нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Эти мощные потоки, общая мощность которых эквивалентна триллионам солнц, вырываются сверху и снизу сверхмассивной черной дыры в центре далекой галактики.
До открытия Порфириона крупнейшей подтвержденной реактивной системой была Алкионей, также названная в честь гиганта из греческой мифологии. Альционей, открытый в 2022 году той же командой, которая открыла Порфирион, занимает площадь, эквивалентную примерно 100 Млечным Путям. Для сравнения: знаменитые джеты Центавр-А, ближайшая к Земле крупная реактивная система, простираются через 10 Млечных Путей.
Последние результаты показывают, что эти гигантские струйные системы, возможно, оказали большее влияние на формирование галактик в ранней Вселенной, чем считалось ранее.
Порфирион существовал в раннюю эпоху, когда тонкие нити, соединяющие галактики и питающие их, называемые космической паутиной, были ближе друг к другу, чем сегодня. Это означает, что гигантские джеты, такие как Порфирион, покрывали большую часть космической паутины, чем джеты в локальной вселенной.
«Астрономы полагают, что галактики и их центральные черные дыры развиваются вместе. Важным аспектом является то, что струи могут выделять огромное количество энергии, которая влияет на рост родительских галактик и других галактик в их окрестностях», — говорит соавтор Джордж Джорговски, профессор астрономии и науки о данных в Калифорнийском технологическом институте. «Это открытие показывает, что его влияние может простираться гораздо дальше, чем мы думали».
Выявление огромного населения
Реактивная система Порфириона является крупнейшей из когда-либо обнаруженных при исследовании неба. Было обнаружено шокирующее количество этих слабых мегаструктур: более 10 000. Эта огромная популяция гигантских струй была обнаружена с помощью европейского радиотелескопа LOFAR (LOw Frequency ARray).
Хотя до наблюдений LOFAR были известны сотни крупных струйных систем, считалось, что они редки и в среднем меньше тысяч систем, открытых с помощью радиотелескопа.
«О существовании огромных реактивных самолетов было известно до того, как мы начали кампанию, но мы не думали, что их будет так много», — говорит Мартин Хардкасл, второй автор исследования и профессор астрофизики в Университете Хартфордшира в Англии.
«Обычно мы обнаруживаем что-то новое, когда получаем новую возможность наблюдения, например, сочетание большого поля зрения LOFAR и очень высокой чувствительности к протяженным структурам, но все равно было очень интересно видеть появление такого количества этих объектов».
Еще в 2018 году Оэй и его коллеги начали использовать LOFAR для изучения не струй черных дыр, а космической паутины из тонких нитей, пересекающих пространство между галактиками. Просматривая радиоизображения на предмет слабых нитей, команда заметила несколько заметно длинных реактивных систем.
«Когда мы обнаружили огромные джеты, мы были очень удивлены», — говорит Оэй, который также работает в Лейденской обсерватории в Нидерландах. «Мы понятия не имели, что их так много».
https://www.youtube.com/watch?v=v8b1sqjf8eg
Чтобы систематически искать больше скрытых самолетов, команда исследовала радиоизображения на глаз, использовала инструменты машинного обучения для поиска на изображениях признаков угрожающих самолетов и заручилась помощью гражданских ученых со всего мира, чтобы более точно идентифицировать исследуемые изображения.
Статья, описывающая недавнюю серию гигантских потоков с участием более 8000 пар струй, была принята к публикации в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Скрываясь в прошлом
Чтобы найти галактику, из которой произошел Порфирион, команда использовала Гигантский метроволновой радиотелескоп (GMRT) в Индии, а также дополнительные данные проекта под названием Спектроскопический инструмент темной энергии (DESI), который работает в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. . Наблюдения определили, что дом джетов находится в массивной галактике, примерно в 10 раз массивнее нашего Млечного Пути.
Затем команда использовала обсерваторию Кека на Гавайях, чтобы показать, что Порфирион находится на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет от Земли. «До сих пор эти гигантские реактивные системы казались феноменом молодой Вселенной», — говорит Оэй. «Если такие далекие струи, как эти, смогут достичь размеров космической паутины, то каждое место во Вселенной могло быть затронуто активностью черной дыры в какой-то момент космического времени», — говорит Оей.
Наблюдения Кека также показали, что Порфирион образовался из так называемой активной черной дыры с радиационным режимом, а не из черной дыры с струйным режимом.
Когда сверхмассивные черные дыры становятся активными – другими словами, когда их огромные гравитационные силы притягивают и нагревают окружающую материю – считается, что они выделяют энергию в виде излучения или струй. Радиационные черные дыры были более распространены в молодой или далекой Вселенной, тогда как струйные черные дыры более распространены в современной Вселенной.
Тот факт, что Порфирион исходит из черной дыры в радиационном режиме, стал неожиданностью, поскольку астрономы не знали, что этот режим может производить такие большие и мощные джеты. А поскольку Порфирион находится в далекой Вселенной, где есть много черных дыр в радиационном режиме, находка предполагает, что предстоит открыть еще много колоссальных джетов.
«Возможно, мы видим только верхушку айсберга», — говорит Оэй. «Наше исследование LOFAR охватило только 15 процентов неба. И большинство этих огромных самолетов, вероятно, трудно обнаружить, поэтому мы считаем, что таких гигантов гораздо больше».
Текущие головоломки
Как джеты могут простираться так далеко за пределы своих родительских галактик, не становясь дестабилизированными, до сих пор неясно. «Работа Мартина показала нам, что в окружающей среде этих гигантских источников нет ничего особенного, что заставляло бы их достигать таких огромных размеров», — говорит Хардкасл, эксперт по физике струй черных дыр.
«Моя интерпретация заключается в том, что нам нужно необычайно долгоживущее и стабильное событие аккреции вокруг центральной сверхмассивной черной дыры, чтобы позволить ей быть активной в течение такого долгого времени – около миллиарда лет – и гарантировать, что струи будут направлены в одном и том же направлении на протяжении всего этого времени. время. Судя по большому количеству гигантов, мы узнаем, что это, должно быть, относительно обычное явление».
В качестве следующего шага Оэй хотел бы лучше понять, как эти мегаструктуры влияют на окружающую среду. Джеты распространяют космические лучи, тепло, тяжелые атомы и магнитные поля по пространству между галактиками. Оэй особенно заинтересован в том, чтобы выяснить, в какой степени гигантские струи распространяют магнетизм.
«Магнетизм на нашей планете делает жизнь возможной, поэтому мы хотим понять, как она возникла», — говорит он. «Мы знаем, что магнетизм пронизывает космическую паутину, затем проникает в галактики и звезды и, наконец, на планеты, но вопрос в том, где он начинается? Распространили ли эти гигантские струи магнетизм по всему космосу?»
Информация от: Калифорнийским технологическим институтом.
