Редкий квазар со спиральными рукавами может пролить свет на то, как питаются и растут сверхмассивные черные дыры. Автор: Марк Застроу | Опубликовано: 17 января 2025 г. | Последнее обновление: 19 января 2025 г.
Квазар J0742+2704 (в центре) окружен небольшой галактикой-компаньоном справа и находится между квазаром и кольцевой галактикой. Автор: NASA, ESA, Кристина Ниланд (Исследовательская лаборатория ВМС США). Обработка изображений: Джозеф ДеПаскуале (STScI) <стр>Джетты сверхмассивной черной дыры — одно из величайших зрелищ космоса, а также одна из его величайших загадок. Эти лучи ионизированной материи вырываются из ядер галактик со скоростью, приближающейся к скорости света. То, как эти черные дыры обуздывают и фокусируют эту энергию, остается предметом жарких споров. <стр>В последние годы астрономам удалось обнаружить галактики с центральными черными дырами, которые только недавно включились, в надежде найти оставшиеся подсказки о том, что их вызвало. И на зимней встрече Американского астрономического общества (AAS) в этом месяце в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд, исследователи сообщили об интригующем примере — массивная сверхмассивная черная дыра, запускающая струю из центра галактики с видимой спиральной структурой.
Объект, названный J0742+2704, классифицируется как квазар, тип активной галактики с настолько яркими джетами, что они затмевают остальную часть галактики, из-за чего на снимках он напоминает точечную звезду. (Название «квазар» происходит от описательного термина «квазизвездный объект».) Галактики с такими мощными джетами обычно старые, эллиптические и невыразительные, потерявшие всю свою молодую спиральную структуру в беспорядочных слияниях с другими галактиками. Тем не менее, когда астроном Оливия Ахенбах проанализировала данные с космического телескопа Хаббл, ее обработка четко выявила спиральные рукава, обвивающие его — доказательство того, что он еще не прошел через гравитационный хаос крупного слияния.
«Сначала я думал, что я совсем облажался», — сказал Ахенбах, гардемарин Военно-морской академии США, во время пресс-конференции 13 января. Ее консультантом по исследованию была астроном Кристина Ниланд из Военно-морской исследовательской лаборатории. «Мы обе предсказывали, что с такой большой сверхмассивной черной дырой в центре мы увидим эллиптическую галактику».
Находка является новым этапом в продолжающихся дебатах о том, как растут, развиваются и взаимодействуют сверхмассивные черные дыры и их галактики-хозяева. Доминирующая теория — о том, что черные дыры начинают питаться, а их струи включаются, когда галактики сливаются — называется моделью крупного слияния. «Получить такой ясный, недвусмысленный результат, который, кажется, бросает вызов модели крупного слияния, чрезвычайно волнительно», — говорит Рэйчел Чионитти, астроном и аспирантка Университета Миссури в Канзас-Сити, которая не принимала участия в исследовании.
Космический танец
В модели крупного слияния большинство галактик изначально имеют спиральную форму, но в конечном итоге теряют ее по мере роста и слияния. Крупное слияние запускает звездообразование, но также превращает галактики в большие эллиптические галактики. Этот процесс также заставляет звезды, газ и пыль падать в центральные черные дыры, которые также растут и сливаются. Затем, когда черные дыры начинают пировать, они вызывают активность, такую как джеты и яркое радиоизлучение из-за пределов их горизонтов событий.
J0742+2704 усложняет эту картину. У нее есть большая центральная черная дыра с массой 400 миллионов Солнц. Но ее струи включились только недавно — они не появлялись в подобных наблюдениях 20 лет назад. А спиральные рукава, обнаруженные Ахенбахом, являются явным указанием на то, что она не прошла через крупное слияние. «Ни одна галактика, выходящая из слияния, не будет невозмущенной спиралью», — говорит Чионитти.
Вместо этого струи могут быть вызваны взаимодействием с меньшей галактикой-компаньоном. На снимке Хаббла справа от J0742+2704 видна кольцеобразная галактика, а меньший компаньон лежит между ними. Есть также намеки на потенциальный приливной хвост — поток звезд, отрывающихся при взаимодействии J0742+2704 и компаньона.
Приливной хвост, который тянется от квазара J0742+2704 до его компаньона, отмечен на этой версии снимка Хаббла. Кредит: NASA, ESA, Кристина Ниланд (Исследовательская лаборатория ВМС США). Обработка изображения: Джозеф ДеПаскуале (STScI)
Cionitti также считает, что взаимодействие является ключом к тому, что зажигает струи. Она говорит, что «маленькая галактика-младенец», вероятно, «встряхивает газ» в галактике, заставляя ее терять импульс и падать к центру. Тем не менее, она отмечает, что «все еще есть много открытых вопросов об этом механизме».
Подтверждением этого, говорит Ахенбах, являются наблюдения с низкочастотной антенной решетки (LOFAR), сети радиотелескопов, которая охватывает Европу. Они выявили доказательства предыдущей активности струй — большие доли радиоизлучения по обе стороны галактики. Это могут быть остатки предыдущих струй, которые врезались в межгалактическое вещество; эти струи в конечном итоге затухали и отключались, прежде чем снова включиться в течение последних двух десятилетий.
Картина, которую предлагают Ахенбах и Ниланд, заключается в том, что струи J0742+2704 многократно запускаются, когда этот компаньон вращается вокруг своего более крупного соседа — то, что Ахенбах назвал «космическим танцем» — без необходимости в крупном слиянии.
Основные вопросы слияния
Чионитти представил работу на встрече AAS, которая также ставит под сомнение модель крупного слияния.
Когда галактики начинают сливаться, они запускают вспышки звездообразования. Эти молодые горячие звезды излучают в основном синий свет, но модель крупного слияния предполагает, что они изначально скрыты поднятой пылью. Сквозь эту пыльную вуаль галактика выглядит краснее. Но после того, как включаются струи галактики, ветры из галактического ядра выметают эту пыль, и галактика постепенно становится более синей по мере того, как становится больше света от новорожденных звезд.
Но Чионитти и ее коллеги обнаружили, что для галактик на том же расстоянии галактики, более яркие в красном свете, как правило, на больше массивнее, чем те, что ярче в синем свете. Это противоположно тому, что можно было бы ожидать, если бы галактики эволюционировали из красных в синие в ходе слияния.
В целом, Чионитти говорит, что среди астрономов, пытающихся определить, как активные галактики и их центральные дыры коэволюционируют (или нет), «просто огромное количество путаницы». Для Чионитти работа Ахенбаха интересна, поскольку она показывает, что существует множество «эволюционных путей, а не только один» для того, как центральные черные дыры галактик становятся активными — то, что астрономы называют активным галактическим ядром (AGN).
«Я просто думаю, что под капотом AGN-квазара происходит гораздо больше, чем мы знаем в настоящее время», — говорит Чионитти.
Читайте также:
Проблемы освоения космоса