Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) невозможно игнорировать. Они могут быть в миллиарды раз массивнее Солнца, и когда они активно поглощают звезды и газ, они становятся светящимися активными ядрами галактик (АЯГ). Центр галактики — это оживленное место, активность которого сосредоточена на СМЧД.
Новое исследование предоставило убедительные доказательства того, что, занимаясь своими делами, сверхмассивные черные дыры изменяют химический состав родительской галактики.
Астрофизики много знают о СМЧД и их мощном влиянии на родительские галактики. Похоже, что большинство массивных галактик привязаны к СМЧД в своих центрах. Ничто не может вырваться из их подавляющей гравитационной хватки. Даже свет бессилен. СМЧД отвечают за активные ядра галактик, которые излучают мощную энергию на всех длинах волн. Энергия исходит от закрученного тора притянутого материала, который окружает СМЧД до падения в дыру.
Исследователи также знают, что сверхмассивные черные дыры создают обратную связь с черными дырами. Центры крупных галактик содержат много горячего газа, достаточно плотного, чтобы он остыл в течение десятков и сотен миллионов лет. Это должно означать, что холодный газ устремляется к центру. Этот охлаждающий поток должен привести к массивным вспышкам звезд вблизи центра галактики. Но в целом это не то, что видят астрофизики.
Вместо этого похоже, что СМЧД выпускает мощные струи вещества в окружающий газ, сохраняя его горячим и предотвращая охлаждающий поток и, как следствие, интенсивный звездообразование. Это обратная связь черной дыры.
Это лишь некоторые из способов, которыми черные дыры меняют свое окружение.
Новое исследование показывает, как СМЧД меняет присутствие и распределение химических веществ в родительской галактике. Исследование называется «Молекулярное содержание околоядерной области, окружающей активное галактическое ядро в NGC 1068, на основе исследования линий визуализации в диапазоне 3 мм с помощью ALMA». Оно опубликовано в The Astrophysical Journal, а ведущими авторами являются Тошики Сайто из Национальной астрономической обсерватории Японии и Таку Накадзима из Университета Нагои.
Пыль и газ закрывают нам доступ к центрам галактик, и чтобы заглянуть внутрь, нужны специальные наблюдательные способности. Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA) представляет собой мощную группу из 66 радиотелескопов, которые работают вместе, чтобы создать впечатляющую наблюдательную мощность. Исследователи использовали ALMA, чтобы составить карту присутствия химических веществ в спиральной галактике с перемычкой NGC 1068, более известной как M77 или Галактика Кальмар. Они также использовали новую технику машинного обучения и нанесли на карту распределение 23 отдельных молекул.
Исследовательская группа сосредоточилась на двух частях NGC 1068: околоядерном диске и кольце звездообразования.
Кольцо звездообразования (SBR) является характерной особенностью некоторых галактик, где волны давления от ядра сталкиваются с газом, вызывая обильное звездообразование. Могут быть и другие причины звездообразования, включая слияние галактик или гравитационное взаимодействие с другими галактиками. NGC 1068 имеет кольцо звездообразования, и эту галактику также называют галактикой звездообразования.
Околоядерный диск (CND) — это кольцо молекулярного газа, вращающееся вокруг СМЧД. Астрофизики не уверены, как формируются эти структуры, стабильны они или преходящи. Но они могут содержать огромное количество материала. Черная дыра Млечного Пути, Sgr A*, содержит десятки тысяч солнечных масс. CND ближе к SMBH, чем к SBR.
Исследователи также идентифицировали в NGC 1068 две заметные узловатые структуры, которые они назвали «узел E» и «узел W», которые являются частями CND.
Исследователи нанесли на карту химические вещества в обоих регионах и обнаружили различное распределение различных химических веществ.
SMBH NGC 1068 испускает мощные полярные струи, которые, похоже, меняют химический состав. Окись углерода (CO) — обычная молекула в галактиках, и энергичные струи, похоже, разрушают ее. Его меньше в CND, который гораздо ближе к SMBH, чем к SBR.
Команда также обнаружила неожиданные концентрации цианистого водорода (HCN) в CND, что может быть результатом сильных толчков, вызывающих более высокие температуры. CND также содержал больше H13CN, SiO и H13СО+. И наоборот, CND содержал меньше цианида (CN), чем предсказывалось моделями, из-за сильного излучения. Несмотря на то, что мощное АЯГ намного ближе к CND, команда считает, что механические силы оказывают более сильное общее влияние на химию, чем рентгеновские лучи от АЯГ.
Исследователи также измерили фракционное содержание различных химических веществ, сравнив их с моносульфидом углерода (CS). Астрономы используют CS, потому что он является одним из лучших индикаторов плотного газа.
Исследования показывают, что содержание химических веществ в разных частях галактики различно. Даже узлы E и W имеют разное содержание.
Авторы говорят, что эта работа является первым обзором молекулярных линий с достаточно высоким разрешением, чтобы увидеть внутреннюю структуру CND в ядре хозяина АЯГ соседней галактики. NGC 1068 является частым объектом астрономических исследований из-за ее близости и яркости, однако впервые там был обнаружен монооксид кремния (SiO).
SiO важен в астрономии, потому что он является индикатором потрясений. Кремний присутствует в пылинках, и когда зерна сотрясаются, он соединяется с кислородом, образуя SiO. Ударные волны в галактиках сжимают, нагревают и ускоряют газ, что приводит к драматическим изменениям в химии. Удары ответственны за коллапс газовых облаков на дозвездные ядра, которые в конечном итоге становятся звездами.
Сверхмассивные чёрные дыры и целые центры галактик трудно наблюдать. Эти наблюдения ALMA представляют собой подробный взгляд на регион и его компоненты, а также на то, какие типы химических веществ более распространены. Но дело не только в наличии или отсутствии определенных химических веществ.
В этих регионах совсем не спокойно. Массивные облака газа, интенсивные рентгеновские и другие выбросы, ударные волны и подавляющая масса СМЧД — все это взаимодействует, стимулируя и подавляя рождение звезд.
Это исследование — всего лишь еще одно окно во всю эту химическую и механическую сложность.
