V-kosmose.com

Предложен универсальный механизм выброса вещества черными дырами

В концепции художника изображена сверхмассивная черная дыра, окруженная вращающимся диском материала, падающего на нее. Предоставлено: NASA.

В концепции художника изображена сверхмассивная черная дыра, окруженная вращающимся диском материала, падающего на нее. Предоставлено: NASA.

Процесс происходит в ядрах активной зоны. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, сдувается излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет.

Черные дыры могут вытеснить в тысячу раз больше материи, чем захватить. Механизм, который управляет как выбросом, так и захватом - это аккреционный диск, огромная масса газа и пыли, вращающаяся по спирали вокруг черной дыры с чрезвычайно высокой скоростью. Диск горячий и излучает как свет, так и другие формы электромагнитного излучения. Часть вращающейся по орбите материи тянется к центру и исчезает за горизонтом событий, порогом, за который не могут выйти ни материя, ни свет. Другая, гораздо большая часть выдвигается дальше под давлением излучения, испускаемого самим диском.

Считается, что у каждой галактики в центре сверхмассивная черная дыра, но не всех них есть аккреционные диски. Те, что есть, известны как активные галактики из-за их активных галактических ядер. Традиционная модель предполагает две фазы в материи, которая накапливается в центральной области активной галактики: высокоскоростной поток ионизированного газа, извергнутый ядром, и более медленные молекулы, которые могут течь в ядро.

Процесс происходит в активных ядрах галактик. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, уносится излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет (изображение галактики NGC 4151 (слева), и крупным планом центральная область (справа). Центральный круг на правом изображении ограничивает область истечения, из которой выбрасываемый газ распространяется с высокой скоростью на значительное расстояние. Фото: Адам Блок / Университет Аризоны и Джуди Шмидт

Процесс происходит в активных ядрах галактик. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, уносится излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет (изображение галактики NGC 4151 (слева), и крупным планом центральная область (справа). Центральный круг на правом изображении ограничивает область истечения, из которой выбрасываемый газ распространяется с высокой скоростью на значительное расстояние. Фото: Адам Блок / Университет Аризоны и Джуди Шмидт

Новая модель, объединяющая две фазы в единый сценарий, была предложена Дэниелом Мэем, научным сотрудником Института астрономии, геофизики и атмосферы (IAG-USP) Университета Сан-Паулу в Бразилии.

«Мы обнаружили, что молекулярная фаза, у которой, кажется, совершенно другая динамика, чем  у ионизированной фазы, также является частью оттока. Это означает, что гораздо больше материи уносится из центра, и активное ядро ​​галактики играет гораздо более важную роль в структурировании галактики в целом», - сказал Мэй.

Исследование было поддержано FAPESP в виде докторской и постдокторской стипендий, присужденных Мэй. Жоао Штайнер, профессор IAG-USP и соавтор статьи, руководил докторскими и постдокторскими исследованиями Мэй.

Мэй определил закономерность на основе исследования двух активных галактик: NGC 1068, которую он исследовал в 2017 году, и NGC 4151, которую он исследовал в 2020 году. NGC означает Новый общий каталог туманностей и скоплений звезд, созданный в конце девятнадцатого века.

Аккреционный диск (фиолетовый, вне шкалы). Процесс происходит в ядрах активной зоны. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, сдувается излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет. Предоставлено: Дэниел Мэй.

Аккреционный диск (фиолетовый, вне шкалы). Процесс происходит в ядрах активной зоны. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, сдувается излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет. Предоставлено: Дэниел Мэй.

«Используя очень тщательную методологию обработки изображений, мы обнаружили один и тот же узор в двух разных галактиках. Сегодня большинство астрономов заинтересованы в изучении очень больших наборов данных. Наш подход был противоположным. Мы исследовали индивидуальные характеристики этих двух объектов почти вручную», - сказал Мэй. «Наше исследование предполагает, что первоначально облако молекулярного газа в центральной части галактики коллапсирует и активирует свое ядро, образуя аккреционный диск. Фотоны, испускаемые диском, температура которого достигает порядка миллиона градусов, выталкивают большую часть газа далеко наружу, в то время как меньшая часть газа поглощается диском и в конечном итоге погружается в черную дыру. Когда облако втягивается в диск, формируются две различные фазы: одна ионизируется из-за воздействия на диск, а другая является молекулярной и затмевается его излучением. Мы обнаружили, что молекулярная часть полностью связана с ионизированной частью, которая известна как отток. Мы смогли связать две фазы газа, которые ранее считались отключенными, и подогнать их морфологию в один сценарий».

Мэй объяснил, что ионизированный газ образуется в результате фрагментации молекулярного газа. Когда он фрагментируется, он выталкивается дальше в расширяющемся горячем пузыре, который может достигать 300 световых лет в радиусе. Для сравнения стоит вспомнить, что это почти в 70 раз больше расстояния от Земли до Проксимы Центавра, ближайшей звезды к Солнечной системе.

«Когда мы наблюдаем центральные области этих двух галактик, мы видим огромный пузырь в профиль, очерченный его стенками из молекул», - сказал Мэй.

«Мы видим фрагменты стен и вытеснение ионизированного газа. Аккреционный диск выглядит, как очень яркое пятно. Вся информация, которая доходит до нас, соответствует пикселю, поэтому у нас недостаточно разрешения, чтобы различить его возможные части. О черной дыре известно только по ее воздействию».

В древней Вселенной было гораздо больше доступного газа, поэтому эффект от процесса, подобного описанному им, был более интенсивным, объяснил Мэй. То, что он наблюдал в относительно близких галактиках, таких как NGC 1068 и NGC 4151, является легкой формой процесса, который произошел в более далеких галактиках, чьи активные ядра в далеком прошлом теперь обнаруживаются как квазары.