На этом изображении, полученном с помощью массива с очень длинной базой (VLBA), показаны две сверхмассивные черные дыры, которые выглядят как капли с красными полосками. Черные дыры находятся в центре эллиптической галактики. Цвета представляют различные спектральные наклоны радиоизлучения, причем красный показывает наиболее плотные области, окружающие черные дыры. Черная дыра справа, вероятно, недавно поглотила массивную звезду, в результате чего она выпустила два сверхбыстрых джета. Концы этих джетов выглядят как зеленые пятна над и под черной дырой. Фото: Х. Л. Манесс/Гриннелл-колледж.
Новое исследование малоизвестного класса галактик, известного как компактные симметричные объекты, или CSO, показало, что эти объекты не совсем то, чем кажутся. CSO — это активные галактики, в ядрах которых находятся сверхмассивные черные дыры. Из этих чудовищных черных дыр вылетают две струи, движущиеся в противоположных направлениях почти со скоростью света. Но по сравнению с другими галактиками, которые могут похвастаться мощными джетами, эти джеты не простираются на большие расстояния — они гораздо компактнее.
На протяжении многих десятилетий астрономы подозревали, что CSO просто молоды и что их самолеты в конечном итоге полетят на большие расстояния. Теперь, опубликовав три статьи в The Astrophysical Journal, группа исследователей под руководством Калифорнийского технологического института пришла к выводу, что ОГО не молоды, а живут относительно недолго.
«Эти ОГО не молоды», — объясняет Энтони (Тони) Ридхед, заслуженный профессор астрономии имени Робинсона, который руководил расследованием. «Вы не назовете 12-летнюю собаку молодой, даже если она прожила меньшую жизнь, чем взрослый человек. Эти объекты представляют собой отдельный вид, который живет и вымирает тысячи лет, а не миллионы. лет, которые характерны для галактик с более крупными джетами».
В ходе новых исследований команда проанализировала литературу и прошлые наблюдения за более чем 3000 кандидатами в ОГО, подтвердив 64 как реальных и выявив еще 15 ОГО. Все эти объекты ранее наблюдались с помощью массива со сверхдлинной базой (VLBA) Национальной радиоастрономической обсерватории, а некоторые наблюдались и с помощью других радиотелескопов высокого разрешения.
«Наблюдения VLBA являются наиболее подробными в астрономии, предоставляя изображения с деталями, эквивалентными измерению ширины человеческого волоса на расстоянии 100 миль», — говорит Ридхед.
Анализ команды пришел к выводу, что ОГО выпускают самолеты в течение 5000 лет или меньше, а затем вымирают.
«Сети CSO — очень энергичные струи, но они, кажется, отключаются», — говорит Викрам Рави, доцент кафедры астрономии в Калифорнийском технологическом институте и соавтор одного из исследований. «Струи перестают течь из источника».
Что касается того, что питает недолговечные джеты, ученые полагают, что причиной является приливное разрушение (TDE), которое происходит, когда одиночная звезда приближается слишком близко к сверхмассивной черной дыре и поглощается.
«Мы думаем, что одна звезда разрывается на части, а затем вся эта энергия направляется в струи вдоль оси, вокруг которой вращается черная дыра», — говорит Ридхед. «Гигантская черная дыра сначала невидима для нас, а затем, когда она поглощает звезду, бац — у черной дыры есть топливо, и мы можем ее видеть».
На этой иллюстрации показано, как, вероятно, формируются компактные симметричные объекты, или CSO. Когда одиночная массивная звезда приближается слишком близко к черной дыре (слева), она поглощается. Это заставляет черную дыру выбрасывать сверхбыструю биполярную струю (в центре). Струя расширяется наружу, и ее горячие концы светятся радиоизлучением (справа). Фото: Б. Сакстон/NRAO/AUI/NSF
Ридхед впервые заподозрил, что ОГО могут подпитываться TDE еще в 1990-х годах, но, по его словам, эта идея осталась практически незамеченной научным сообществом. «Эта гипотеза была почти забыта, потому что прошли годы, прежде чем наблюдательные данные о TDE начали накапливаться», — говорит он. На момент выдвижения его первоначальной гипотезы было обнаружено только три ОГО.
Перенесемся в 2020 год. Ридхед, который приостановил свои исследования CSO, чтобы углубиться в различные проблемы радиоастрономии, решил, что пришло время вернуться к этой теме. Он собрал некоторых своих коллег в Zoom, и они решили просмотреть литературу и отсеять объекты, которые были ошибочно классифицированы как ОГО. В течение следующих двух лет команда исследовала более 3000 кандидатов в ОГО, сужая группу до нескольких десятков, которые соответствовали критериям того, чтобы быть настоящими ОГО.
В конечном итоге стало складываться представление об CSO как о совершенно отдельном семействе джетов, которые угасают гораздо раньше, чем их гигантские собратья, такие как чрезвычайно мощная Лебедь А, галактика, которая испускает чрезвычайно мощные джеты, ярко светящиеся в радиодиапазоне. . Эти джеты простираются на расстояния около 230 000 световых лет в каждом направлении и существуют десятки миллионов лет. Напротив, струи CSO простираются максимум на 1500 световых лет и вымирают примерно через 5000 лет.
По мнению астрономов, струи CSO, скорее всего, образуются, когда сверхмассивная черная дыра перекусывает не просто звезду, а существенную.
На этом изображении, полученном с помощью массива очень длинной базовой линии (VLBA), виден компактный симметричный объект (CSO), известный как J1734+0926. Красные капли — это концы мощной биполярной струи, исходящей из невидимой черной дыры. Фото: М.Л. Листер/Университет Пердью.
«Те, которые мы видели ранее, просуществовали всего несколько лет», — говорит Рави. «Мы думаем, что замечательные TDE, питающие CSO, служат гораздо дольше, потому что разрушенные звезды очень большие по размеру, очень массивные или и то, и другое».
Анализируя разнообразную коллекцию радиоизображений ОГО, исследователи говорят, что они могут проследить, как объекты стареют с течением времени, почти как если бы вы просматривали фотоальбом из жизни ОГО и наблюдали, как развиваются его самолеты. Более молодые CSO имеют более короткие джеты, расположенные ближе к черным дырам, в то время как более старые объекты имеют джеты, простирающиеся дальше от черной дыры.
Хотя большинство джетов вымирают, по оценкам ученых, один из 100 станет долгоживущим, как у Лебедя А. В этих редких случаях галактики, вероятно, сливаются с другими галактиками — турбулентный процесс, который обеспечивает большое количество топлива.
Если открытия Ридхеда и его команды подтвердятся дополнительными наблюдениями, CSO откроют совершенно новый путь для изучения того, как массивные звезды в центрах галактик взаимодействуют со сверхмассивными черными дырами.
«Эти объекты действительно представляют собой отдельную популяцию со своим собственным происхождением, и теперь нам предстоит узнать больше о них и о том, как они появились», — говорит Ридхед. «Возможность изучать эти объекты в масштабах от нескольких лет до десятилетий, а не миллионов лет, открыла двери в совершенно новую лабораторию для изучения сверхмассивных черных дыр и многих неожиданных и непредсказуемых сюрпризов, которые они таят в себе».
Информация от: Калифорнийским технологическим институтом
