Астрономи отримали нові докази того, що надмасивні чорні діри можуть впливати на розвиток цілих галактик. Потужні потоки речовини, які вони створюють, здатні позбавляти галактики матеріалу для народження нових зірок.
Про це пише ScienceDaily.
Сучасні моделі еволюції Всесвіту показують, що найбільші галактики мали б містити значно більше зірок, ніж спостерігають астрономи. Вчені десятиліттями шукали механізм, який стримує утворення нових світил у таких системах.
Нове дослідження, представлене на 248-й зустрічі Американського астрономічного товариства в Пасадені, вказує на надмасивні чорні діри як на можливе пояснення цього явища. Однією з ключових авторок роботи стала аспірантка Мічиганського університету Сінь «Сінді» Сян, яка використала дані місії XRISM.
Проєкт XRISM реалізується Японським агентством аерокосмічних досліджень за участю NASA та Європейського космічного агентства. Отримані результати свідчать, що чорні діри можуть створювати надзвичайно потужні потоки речовини, які виносять із галактик газ, необхідний для формування нових зірок.
Попри поширену думку, чорні діри не лише поглинають матерію. Коли газ і пил наближаються до них, навколо формується акреційний диск. Під впливом гравітації та тертя речовина в ньому розігрівається до екстремальних температур і перетворюється на плазму, яка випромінює потужні рентгенівські промені.
Саме з цих дисків можуть вириватися так звані галактичні вітри. Дослідники вважають, що вони здатні викидати міжзоряний газ за межі галактик. Оскільки цей газ є основою для народження нових зірок, його втрата безпосередньо впливає на подальшу еволюцію системи.
Космічну обсерваторію XRISM запустили у 2023 році, а повноцінна наукова програма стартувала восени 2024-го. За словами дослідників, її енергетична роздільна здатність приблизно у десять разів перевищує можливості попередніх рентгенівських телескопів.
Завдяки цьому вчені змогли детально дослідити галактику NGC 4151, яка розташована більш ніж за 50 мільйонів світлових років від Землі. У її центрі знаходиться активне галактичне ядро — область навколо надмасивної чорної діри, яка активно поглинає речовину та випромінює величезну кількість енергії.
Сінді Сян зазначила, що раніше астрономи бачили лише загальні обриси таких потоків. За її словами, XRISM дозволив отримати найдетальніші дані про рух речовини навколо акреційного диска серед усіх подібних спостережень.
Попередні дослідження Сян та професора астрономії Мічиганського університету Джона Міллера вже показували, що вітри в NGC 4151 можуть розганятися до швидкостей, достатніх для викиду речовини за межі галактики. Вчені також запропонували пояснення цього процесу через механізм магнітоцентрифугального прискорення, який частково нагадує природу сонячних спалахів.
У новій роботі дослідниця проаналізувала сотні днів спостережень XRISM та простежила зміни рентгенівського випромінювання після спалахів активності чорної діри. Крім яскравості сигналу, вона вивчала співвідношення між «жорстким» і «м’яким» рентгенівським випромінюванням.
На основі цих параметрів було створено новий індикатор — індекс інтенсивності кольору. Професор Міллер жартома запропонував назвати його cindicity на честь Сінді Сян.
Дослідження принесло несподіваний результат. Найпотужніші потоки речовини виникали не під час самих рентгенівських спалахів, а приблизно через 10 тисяч секунд після них — менш ніж через три години.
Для астрономії це стало першим прямим підтвердженням часового зв’язку між активністю поблизу чорної діри та появою швидких вітрів, які залишають акреційний диск.
Науковці вважають, що новий метод допоможе знаходити аналогічні процеси в інших галактиках і краще зрозуміти роль надмасивних чорних дір у розвитку Всесвіту. Якщо результати підтвердяться в майбутніх дослідженнях, вони можуть допомогти пояснити, чому найбільші галактики мають менше зірок, ніж прогнозують сучасні теоретичні моделі.