Впечатления художника: Спиральный ветер помогает сверхмассивной черной дыре в галактике ESO320-G030 расти, чему способствуют магнитные поля. На этом изображении в ядре галактики преобладает вращающийся ветер плотного газа, ведущий наружу от (скрытой) сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Движения газа, которые отслеживаются светом молекул цианистого водорода, были измерены с помощью телескопа ALMA. Фото предоставлено: доктор медицинских наук Горски/Аарон М. Геллер, Северо-Западный университет, CIERA, Центр междисциплинарных исследований в области астрофизики.
Сверхмассивные черные дыры ставят перед астрономами всего мира вопросы, на которые нет ответа, и не в последнюю очередь: «Как они становятся такими большими?» Теперь международная группа астрономов, включая исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции, обнаружила мощный вращающийся магнитный ветер, который в их мнение, способствует росту центральной сверхмассивной черной дыры галактики.
Вихревой ветер, обнаруженный с помощью телескопа ALMA в соседней галактике ESO320-G030, позволяет предположить, что аналогичные процессы участвуют как в росте черных дыр, так и в рождении звезд.
Исследование представлено в статье «Впечатляющий магнитогидродинамический ветер галактического масштаба в ESO 320-G030», опубликованной в журнале Astronomy and Astrophysicals.
Большинство галактик, включая наш Млечный Путь, имеют в центре сверхмассивную черную дыру. Как эти невероятно массивные объекты могут стать такими тяжелыми, что весят миллионы или миллиарды звезд, является давним вопросом для астрономов.
В поисках разгадки этой тайны группа ученых под руководством Марка Горски (Северо-Западный университет и Чалмерс) и Сюзанны Аалто (Чалмерс) исследовала относительно близкую галактику ESO320-G030, находящуюся всего в 120 миллионах световых лет от нас. Это очень активная галактика, в которой звезды формируются в десять раз быстрее, чем в нашей галактике.
«Поскольку эта галактика очень ярка в инфракрасном диапазоне, телескопы могут различить поразительные детали в ее центре. Мы хотели измерить свет молекул, переносимых ветрами из ядра галактики, в надежде выяснить, как ветры вызываются растущей или будущей сверхмассивной черной дырой.
«ALMA позволила нам изучить свет за толстыми слоями пыли и газа», — говорит Аалто, профессор радиоастрономии в Технологическом университете Чалмерса.
Чтобы найти плотный газ как можно ближе к центральной черной дыре, ученые исследовали свет молекул цианида водорода (HCN). Благодаря способности ALMA отображать мелкие детали и отслеживать движения газа — используя эффект Доплера — они обнаружили закономерности, которые предполагают существование намагниченного вращающегося ветра.
В то время как другие ветры и джеты в центрах галактик отталкивают вещество от сверхмассивной черной дыры, недавно открытый ветер добавляет еще один процесс, который вместо этого может питать черную дыру и способствовать ее росту.
«Мы можем видеть ветры, образующие спиральную структуру, текущую наружу из центра галактики. Когда мы измерили вращение, массу и скорость материала, вытекающего наружу, мы были удивлены, обнаружив, что можем исключить многие объяснения силы ветра, такие как звездообразование.
«Вместо этого исходящий поток может быть вызван поступающим газом и, по-видимому, удерживается магнитными полями», — говорит Аалто.
Ученые подозревают, что вращающийся магнитный ветер способствует росту черной дыры.
Материя вращается вокруг черной дыры, прежде чем она сможет упасть – как вода вокруг канализации. Материя, приближающаяся к черной дыре, собирается в хаотический вращающийся диск. Там развиваются и становятся сильнее магнитные поля. Магнитные поля помогают поднимать материю из галактики, создавая спиральный ветер. Потеря материи этим ветром также замедляет вращающийся диск, а это означает, что материя может легче течь в черную дыру, превращая струйку в поток.
Горский считает, что то, как это происходит, поразительно напоминает космическую среду в гораздо меньшем масштабе: вихри газа и пыли, которые приводят к рождению новых звезд и планет.
«Хорошо известно, что звезды на ранних стадиях своей эволюции растут с помощью вращающихся ветров, ускоряемых магнитными полями, точно так же, как ветер в нашей галактике. Наши наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры и крошечные звезды могут расти посредством схожих процессов, но в совершенно разных масштабах», — говорит Горски.
Может ли это открытие стать ключом к разгадке тайны роста сверхмассивных черных дыр? В будущем Горски, Аалто и их коллеги хотят изучить другие галактики, которые могут иметь скрытые спиральные потоки в своих центрах.
«Это не означает, что на все вопросы об этом процессе получены ответы. В наших наблюдениях мы видим явные доказательства существования вращающегося ветра, который помогает регулировать рост центральной черной дыры галактики».
«Теперь, когда мы знаем, что искать, следующим шагом будет выяснить, насколько распространено это явление. И если это стадия, которую проходят все галактики со сверхмассивными черными дырами, то что с ними происходит дальше?» — спрашивает Горски.
Информация от: Технологическим университетом Чалмерса.
