V-kosmose.com

Астрономы объяснили образование таинственных космических облаков возле черных дыр

Художественное представление квазара SDSS J135246.37 + 423923.5. Фото: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Художественное представление квазара SDSS J135246.37 + 423923.5. Фото: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Как только вы покидаете величественное небо Земли, слово «облако» больше не означает белую пушистую структуру, создающую дождь. Вместо этого облака в большей Вселенной представляют собой комковатые участки большей плотности, чем их окружение пространство.

Космические телескопы наблюдали эти космические облака в окрестностях сверхмассивных черных дыр - таинственных плотных объектов, из которых не может вырваться свет, с массами, эквивалентными более чем 100 000 Солнцам. В центре почти каждой галактики есть сверхмассивная черная дыра, и она называется «активным ядром галактики» (AGN), если она поглощает много газа и пыли из окружающей среды. Самый яркий вид AGN называется «квазар». В то время как сама черная дыра не видна, ее окрестности сияют чрезвычайно ярко, поскольку вещество разрывается вблизи горизонта событий, точки невозврата.

Но черные дыры на самом деле не похожи на пылесосы; они не просто сосут все, что слишком близко. Хотя некоторое количество материала вокруг черной дыры попадет прямо внутрь, и его больше никогда не будет видно, часть близлежащего газа будет выбрасываться наружу, создавая оболочку, которая расширяется на протяжении тысячелетий. Это потому, что область около горизонта событий чрезвычайно энергична; излучение высоких энергий от быстро движущихся частиц вокруг черной дыры может выбрасывать значительное количество газа в огромные пространства.

На этой иллюстрации изображен квазар, тип активного галактического ядра, окруженный пылью в форме пончика (тора) и скоплениями, называемыми «облаками». Эти облака начинаются с малого, но могут расширяться до ширины более 1 парсек (3,3 световых года). На этой диаграмме облака находятся на расстоянии как минимум 1 парсек от тора. Фото: Illustration by Nima Abkenar

На этой иллюстрации изображен квазар, тип активного галактического ядра, окруженный пылью в форме пончика (тора) и скоплениями, называемыми «облаками». Эти облака начинаются с малого, но могут расширяться до ширины более 1 парсек (3,3 световых года). На этой диаграмме облака находятся на расстоянии как минимум 1 парсек от тора. Фото: Illustration by Nima Abkenar

Ученые ожидают, что этот отток газа будет плавным. Вместо этого он комковатый, простирающийся далеко за 1 парсек (3,3 световых года) от черной дыры. Каждое облако начинается с малого, но может расширяться до ширины более 1 парсек - и может даже покрывать расстояние между Землей и ближайшей звездой за Солнцем, Проксима Центавра.

Астрофизик Даниэль Прога из Университета Невады, Лас-Вегас, сравнивает эти скопления с группой автомобилей, ожидающих на шоссе, со стоп-сигналами, предназначенными для регулирования притока нового трафика. «Время от времени у вас куча машин», - сказал он.

Чем объясняются эти скопления в глубоком космосе? У Прога и его коллег есть новая компьютерная модель, которая представляет возможное решение этой загадки, опубликованной в Astrophysical Journal Letters под руководством докторанта Рэндалла Даннена. Ученые показывают, что чрезвычайно интенсивное тепло вблизи сверхмассивной черной дыры может позволить газу действительно быстро вытекать наружу, но таким образом, что также может привести к образованию комков. Если газ ускоряется слишком быстро, он не охладится настолько, чтобы образовать комки. Компьютерная модель учитывает эти факторы и предлагает механизм, позволяющий продвигать газ далеко, но также и комковаться.

Изображение квазара 3C 279, полученного телескопом «Горизонта событий» . Фото: J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar program, and the EHT Collaboration

Изображение квазара 3C 279, полученного телескопом «Горизонта событий» . Фото: J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar program, and the EHT Collaboration

«Рядом с внешним краем оболочки есть возмущение, которое делает плотность газа немного ниже, чем раньше», - сказал Прога. «Это заставляет этот газ очень эффективно нагреваться. Тем самым холодный газ выводится наружу».

Это явление напоминает плавучесть, которая заставляет воздушные шары плавать. Нагретый воздух внутри баллона легче, чем холодный воздух снаружи, и эта разница в плотности заставляет баллон подниматься.

«Эта работа важна, потому что астрономам всегда нужно было размещать облака в определенном месте и на скорости, чтобы соответствовать наблюдениям, которые мы видим из AGN», - сказал Даннен. «Их не часто интересовали особенности того, как облака формировались в первую очередь, и наша работа предлагает потенциальное объяснение формирования этих облаков».

Эта модель смотрит только на газовую оболочку, а не на диск из материала, закрученного вокруг черной дыры, которая ее питает. Следующим шагом исследователей является изучение того, происходит ли поток газа из самого диска. Они также заинтересованы в разгадке тайны того, почему некоторые облака движутся очень быстро, порядка 10000 километров в секунду.