Сверхмассивная черная дыра, похоже, растет как молодая звезда

Впечатления художника: Спиральный ветер помогает сверхмассивной черной дыре в галактике ESO320-G030 расти, чему способствуют магнитные поля. На этой иллюстрации в ядре галактики доминирует вращающийся ветер из плотного газа, ведущий наружу от (скрытой) сверхмассивной черной дыры в самом центре галактики. Движения газа, отслеживаемые светом молекул цианистого водорода, были измерены с помощью телескопа ALMA. Автор: MD Gorski/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA, the Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics

Сверхмассивные черные дыры ставят перед астрономами всего мира вопросы без ответа, не последним из которых является вопрос: «Как они становятся такими большими?» Теперь международная группа астрономов, в том числе исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции, обнаружили мощный вращающийся магнитный ветер, который, по их мнению, помогает расти центральной сверхмассивной черной дыре галактики.

Исследование представлено в статье«Впечатляющий магнитогидродинамический ветер галактического масштаба в ESO 320-G030», опубликованной в журнале «Астрономия и астрофизика».

Большинство галактик, включая наш Млечный Путь, имеют в центре сверхмассивную черную дыру. Как эти ошеломляюще массивные объекты достигают массы, равной миллионам или миллиардам звезд, является давним вопросом для астрономов.

В поисках разгадки этой тайны группа ученых под руководством Марка Горски (Северо-Западный университет и Чалмерс) и Сюзанны Аалто (Чалмерс) решила изучить относительно близкую галактику ESO320-G030, находящуюся всего в 120 миллионах световых лет от нас. Это очень активная галактика, в которой звезды формируются в 10 раз быстрее, чем в нашей галактике.

«Поскольку эта галактика очень светится в инфракрасном диапазоне, телескопы могут различить поразительные детали в ее центре. Мы хотели измерить свет молекул, переносимых ветрами из ядра галактики, надеясь проследить, как ветры запускаются растущими или вскоре растущая сверхмассивная черная дыра.

«Используя ALMA, мы смогли изучить свет из-за толстых слоев пыли и газа», — говорит Аалто, профессор радиоастрономии в Технологическом университете Чалмерса.

Чтобы сосредоточиться на плотном газе, находящемся как можно ближе к центральной черной дыре, ученые изучили свет молекул цианистого водорода (HCN). Благодаря способности ALMA отображать мелкие детали и отслеживать движения в газе (с помощью эффекта Доплера) они обнаружили закономерности, которые предполагают наличие намагниченного вращающегося ветра.

В то время как другие ветры и струи в центре галактик отталкивают вещество от сверхмассивной черной дыры, недавно открытый ветер добавляет еще один процесс, который вместо этого может питать черную дыру и способствовать ее росту.

«Мы можем видеть, как ветры образуют спиральную структуру, выходящую из центра галактики. Когда мы измерили вращение, массу и скорость материала, вытекающего наружу, мы были удивлены, обнаружив, что можем исключить многие объяснения силы ветра, звездообразования, например.

«Вместо этого поток наружу может быть вызван притоком газа и, похоже, удерживается магнитными полями», — говорит Аалто.

Ученые полагают, что вращающийся магнитный ветер помогает черной дыре расти.

Материал перемещается вокруг черной дыры, прежде чем упасть туда, как вода вокруг канализации. Материя, приближающаяся к черной дыре, собирается в хаотический вращающийся диск. Там магнитные поля развиваются и становятся сильнее. Магнитные поля помогают поднимать материю из галактики, создавая спиральный ветер. Потеря материи из-за этого ветра также замедляет вращающийся диск — это означает, что материя может легче течь в черную дыру, превращая струйку в поток.

По мнению Горского, то, как это происходит, поразительно напоминает гораздо меньшую по размеру среду в космосе: водовороты газа и пыли, которые приводят к рождению новых звезд и планет.

«Точно установлено, что звезды на первых этапах своей эволюции растут с помощью вращающихся ветров, ускоряемых магнитными полями, точно так же, как ветер в этой галактике. Наши наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры и крошечные звезды могут расти аналогичным образом. процессы, но в совершенно разных масштабах», — говорит Горски.

Может ли это открытие стать ключом к разгадке тайны роста сверхмассивных черных дыр? В будущем Горски, Аалто и их коллеги хотят изучить другие галактики, которые могут содержать в своих центрах скрытые спиральные потоки.

«Далеко не на все вопросы об этом процессе есть ответы. В наших наблюдениях мы видим явные доказательства существования вращающегося ветра, который помогает регулировать рост центральной черной дыры галактики.

«Теперь, когда мы знаем, что искать, следующим шагом будет выяснить, насколько распространено это явление. И если это этап, через который проходят все галактики со сверхмассивными черными дырами, что с ними происходит дальше?» — спрашивает Горский.

Больше информации: MD Gorski et al, A spectacular galactic scale magnetohydrodynamic powered wind in ESO 320-G030, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348821

Источник: Chalmers University of Technology