Хаббл обнаружил, что струи черных дыр способствуют звездным извержениям

Астрономы, использующие космический телескоп Хаббла НАСА/ЕКА, сделали удивительное открытие: они обнаружили, что луч сверхмассивной черной дыры в ядре гигантской галактики, похожий на паяльную лампу, вызывает извержение звезд на своем пути. Звезды, называемые новыми, не заперты внутри джета, а, очевидно, находятся поблизости в опасной среде.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.

Это открытие сбивает с толку исследователей, ищущих объяснение. «Мы не знаем, что происходит, но это просто очень захватывающее открытие», — сказал ведущий автор Алек Лессинг из Стэнфордского университета. «Это означает, что в нашем понимании того, как струи черных дыр взаимодействуют с окружающей средой, чего-то не хватает».

В двойной звездной системе возникает новая звезда, в которой стареющая, разбухшая нормальная звезда выделяет водород на сгоревшую звезду-компаньона — белого карлика. Когда карлик заправил на поверхности километровый слой водорода, этот слой взрывается, как огромная атомная бомба. Белый карлик не уничтожается вспышкой новой звезды, которая сбрасывает поверхностный слой, а затем снова высасывает топливо из своего спутника, и цикл вспышки новой начинается заново.

Хаббл обнаружил в два раза больше новых звезд, возникших вблизи джета за изучаемый период, чем где-либо еще в гигантской галактике. Струя вылетает из центральной черной дыры массой 6,5 миллиардов солнечных масс, окруженной диском вращающегося материала.

Черная дыра, наполненная прибывающей материей, испускает струю плазмы длиной 3000 световых лет, которая проносится через пространство почти со скоростью света. Все, что попадет в энергетический луч, сгорит. Но согласно новым выводам Хаббла, находиться рядом с его светящимся потоком, по-видимому, тоже рискованно.

Обнаружение вдвое большего количества новых вблизи джета означает, что вблизи джета образуется вдвое больше двойных звездных систем, образующих новые, или что эти системы извергаются в два раза чаще, чем аналогичные системы в других частях галактики.

«Джет что-то делает со звездными системами, которые мигрируют в окружающие окрестности. Возможно, реактивный самолет каким-то образом впрыскивает водородное топливо в белые карлики, заставляя их извергаться чаще», — сказал Лессинг.

«Но неясно, является ли это физическим давлением. Это может быть эффект давления света, исходящего от луча. Если вы высвободите водород быстрее, вы получите более быстрые вспышки. «Что-то может удвоить скорость передачи массы белым карликам» рядом с джетом.

Другая идея, которую рассмотрели исследователи, заключается в том, что струя нагревает звезду-компаньона карлика, заставляя ее переполняться дальше и выделять больше водорода на карлика. Однако исследователи подсчитали, что это потепление далеко не достаточно велико, чтобы вызвать такой эффект.

«Мы не первые, кто говорит, что вокруг самолета M87 наблюдается большая активность», — сказал соавтор исследования Майкл Шара из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке. «Но Хаббл продемонстрировал эту возросшую активность на гораздо большем количестве примеров и статистической значимости, чем когда-либо прежде».

Вскоре после запуска Хаббла в 1990 году астрономы использовали камеру слабых объектов (FOC) первого поколения, чтобы заглянуть в центр M87, где скрывается гигантская черная дыра. Они заметили, что вокруг черной дыры происходят необычные вещи.

Почти каждый раз, когда Хаббл смотрел, астрономы видели голубоватые «переходные события», которые могли быть свидетельством появления новых звезд, похожих на вспышки фотоаппаратов близлежащих папарацци. Но поле зрения FOC было настолько узким, что астрономы Хаббла не могли отвести взгляд от джета, чтобы сравнить его с областью рядом с джетом. В течение двух десятилетий результаты оставались загадочно дразнящими.

Убедительные доказательства влияния струи на звезды родительской галактики были собраны в течение девятимесячного периода, когда Хаббл наблюдал, используя новые, более крупные камеры поля зрения для подсчета вспыхивающих новых. Это создало проблему для графика наблюдений телескопа, поскольку M87 приходилось посещать ровно каждые пять дней, чтобы сделать еще один снимок. Сложение всех изображений M87 вместе позволило получить самые глубокие изображения M87, когда-либо сделанные.

Хаббл обнаружил 94 новых звезды в третьей части M87, которые может запечатлеть его камера. «Джет был не единственным объектом, на который мы смотрели – мы смотрели на всю внутреннюю галактику. После того, как вы нанесли на карту все известные новые звезды на M87, вам не нужна была статистика, чтобы убедить себя в том, что в галактике имеется избыток новых звезд». «Это не ракетостроение. Хотя мы были очень удивлены, наш статистический анализ данных четко это подтвердил», — сказала Шара.

«Мы являемся свидетелями захватывающего, но загадочного явления», — прокомментировала Кьяра Циркоста, научный сотрудник ЕКА, изучающая влияние, которое скопление сверхмассивных черных дыр оказывает на галактики, в которых они находятся в далекой Вселенной.

«Это открытие меня очень удивило. Такие подробные наблюдения за близлежащими галактиками ценны для расширения нашего понимания того, как джеты взаимодействуют с родительскими галактиками и потенциально влияют на звездообразование».

Это достижение полностью благодаря уникальным возможностям Хаббла. Изображения наземных телескопов не настолько четкие, чтобы можно было увидеть новые звезды глубоко внутри M87. Они не могут различить звезды или звездные вспышки вблизи ядра галактики, потому что область вокруг черной дыры слишком яркая. Только Хаббл может видеть Новые звезды на ярком фоне M87.

Новые звезды чрезвычайно распространены во Вселенной. Каждый день где-то в М87 вспыхивает новая. Но поскольку во всей видимой Вселенной насчитывается не менее 100 миллиардов галактик, то где-то там каждую секунду вспыхивает около миллиона новых.

Информация от: Европейским космическим агентством