Мы не можем видеть их напрямую, но знаем, что они там. Сверхмассивные черные дыры (СМЧД), вероятно, обитают в центре каждой крупной галактики. Их огромная гравитация притягивает к себе материал, где он собирается в аккреционном диске, ожидая своей очереди пересечь горизонт событий и уйти в небытие.
Но в одной галактике сверхмассивная чёрная дыра подавилась едой и выплюнула её, разослав материал на высоких скоростях и опустошив всю округу.
Мы знали, что что-то есть в основе больших галактик, с начала 1960-х годов, когда астрономы обнаружили необъяснимый радиоисточник в центре гигантской эллиптической галактики. Астрономы думали, что это звезда, но ее спектр не имел смысла. А поскольку он находился так далеко, примерно в 2,4 миллиарда световых лет, это означало, что он излучал энергию сотен галактик. Скорость света, излучаемого объектом, менялась, и для его описания был создан термин квазар (квазизвездный объект).
В последующие годы было обнаружено больше квазаров, и в конце концов астрономы поняли, что газ, попадающий в массивный компактный объект, может создать то, что они видели. Дополнительные исследования показали, что газ образует вращающийся диск вокруг объекта, называемый аккреционным диском. Астрономы также наблюдали странное движение звезд вблизи центра галактик, и только массивный объект мог объяснить их скорости и движение.
К 1970-м годам астрономы считали, что в центре Млечного Пути находится один из таких массивных объектов. В 1974 году астрономы открыли ее и назвали А-звездой Стрельца. В конце концов, все больше и больше данных показывают, что большинство, если не все, крупные галактики имеют в центре сверхмассивные черные дыры. Теперь мы понимаем связь между аккреционным диском, черной дырой и активными ядрами галактик (АЯГ), которые представляют собой черные дыры, активно поглощающие материал и излучающие много радиации.
Итак, это наша текущая картина СМЧД. Это массивные компактные объекты, скрывающиеся в центрах галактик. Они могут иметь сотни миллионов, даже миллиарды солнечных масс. Сверхмассивные черные дыры притягивают к себе материал, который собирается в аккреционном диске. Диск нагревается и излучает радиацию, а запутанные магнитные поля заставляют астрофизические струи вылетать из полюсов.
Не весь материал аккреционного диска преодолевает горизонт событий. SMBH потребляют лишь часть материала диска. Как только они достигают предела Эддингтона, остальные отправляются в космос, увлекая за собой часть газа в галактическом центре.
Астрономы заметили далекую сверхмассивную чёрную дыру в галактике Маркарян 817, которая испортила эту картину. За аккреционным диском СМЧД нейтральный газ и пыль образуют тор. В том же регионе облака межзвездного звездообразующего газа находятся сразу за пределами гравитационной досягаемости СМЧД. Далекая сверхмассивная чёрная дыра отправила в космос так много материала с диска на высокой скорости, что очистила весь газ в этом регионе. Это подавило звездообразование в центре галактики.
Открытие представлено в новом исследовании в The Astrophysical Journal Letters. Он называется «Жесткая обратная связь в скрытом субэддингтоновском состоянии сейфертовской звезды 1.2 Маркаряна 817». Ведущий автор — Миранда Зак, студентка-исследователь Мичиганского университета.
Астрономы и раньше обнаруживали сверхмассивные черные дыры, которые вытесняют материал из своих галактических центров. Они называют это «ветром черной дыры» и обнаружили его вокруг чрезвычайно ярких аккреционных дисков, которые достигли предела количества материала, которое они могут накопить. Ветер черной дыры выбрасывает лишнее вещество в космос.
А вот у Маркаряна 817 диск не очень яркий. Это означает, что он не должен достигать предела Эддингтона или предела накопления массы. Согласно пресс-релизу, сообщающему об открытии, это всего лишь «перекус».
«Вы могли бы ожидать очень быстрого ветра, если бы вентилятор был включен на максимальную мощность. В галактике, которую мы изучали, под названием Маркарян 817, вентилятор был включен на более низкой мощности, но по-прежнему генерировались невероятно энергичные ветры», — сказала соавтор исследования Миранда Зак.
Говоря научным языком, эти ветры называются сверхбыстрыми потоками (НЛО). НЛО имеют скорость во многие миллионы миль в час, и астрономы обнаружили, что они исходят из аккреционных дисков, которые достигли пределов Эддингтона. Но это другое.
«НЛО часто обнаруживаются на уровне Эддингтона или выше него; этот результат свидетельствует о том, что аккреция черных дыр потенциально может формировать родительские галактики даже при скромных долях Эддингтона», — пишут авторы в своем исследовании.
Аккреция черной дыры и возникающие в результате НЛО могут остановить звездообразование вблизи центра галактики, выдувая весь газ. Мощный ветер также уносит топливо СМЧД, и без нового газа для питания аккреционного диска она излучает гораздо меньше света.
«Очень редко можно наблюдать сверхбыстрые ветры и еще реже обнаруживать ветры, обладающие достаточной энергией, чтобы изменить характер принимающей их галактики. Тот факт, что Маркарян 817 производил эти ветры в течение примерно года, не находясь в особенно активном состоянии, позволяет предположить, что черные дыры могут изменить форму своих родительских галактик гораздо сильнее, чем считалось ранее», — добавил соавтор Элиас Каммун, астроном из Университета Рома Тре. в Италии.
Этому открытию способствовали многочисленные телескопы и обсерватории. Когда материал аккреционного диска нагревается, он испускает рентгеновские лучи. Однако, когда исследователи наблюдали Маркарян 817 с помощью обсерватории НАСА Свифт, рентгеновские лучи были практически незаметными. «Рентгеновский сигнал был настолько слабым, что я был убежден, что делаю что-то не так!» воскликнула ведущий автор Миранда Зак.
Но Свифт — не лучшая наша рентгеновская обсерватория. Итак, астрономы обратились к рентгеновской обсерватории XMM-Newton ЕКА. Эти наблюдения показали, что НЛО Маркаряна 817 блокировал рентгеновские лучи от короны СМЧД, непосредственной близости от дыры. Другая рентгеновская обсерватория, телескоп НАСА NuSTAR, подтвердила эти наблюдения: рентгеновские лучи были там, просто скрыты.
НЛО Маркаряна 817 просуществовал всего около года. Но за это время он изменил форму центра галактики. Это исследование в деталях показывает, как черные дыры и родительские галактики формируют друг друга и оказывают мощное влияние на эволюцию друг друга.
Исследование также проливает свет на то, почему в некоторых галактических центрах, включая Млечный Путь, не наблюдается активного звездообразования. Сверхмассивные черные дыры в своих центрах выдули звездообразующий газ. Но это может произойти только в том случае, если НЛО будет достаточно мощным и долговечным.
Аккреция и обратная связь СМЧД, а также то, как они формируют галактику, в которой они расположены, — это то, о чем астрофизики хотят узнать больше. В этом случае XMM-Ньютон ЕКА сыграл решающую роль в определении того, что происходит на Маркарян-817.
Норберт Шартел — научный сотрудник проекта XMM-Newton. Хотя Шартель и не участвовал напрямую в этом исследовании, он рассказал о том, насколько важен XMM-Newton для расшифровки того, что происходит вблизи сверхмассивных черных дыр.
«Многие нерешенные проблемы в изучении черных дыр связаны с достижением обнаружения посредством длительных наблюдений, которые растягиваются на многие часы, чтобы уловить важные события. Это подчеркивает первостепенную важность миссии XMM-Newton для будущего. Ни одна другая миссия не может обеспечить сочетание высокой чувствительности и способности проводить длительные непрерывные наблюдения», — сказал Шартель.
