Хаббл обнаружил, что луч черной дыры способствует звездным извержениям

Космический телескоп Хаббл — проект международного сотрудничества ЕКА и НАСА. Автор: NASA, ESA, J. Olmsted (STScI)

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.

Это открытие ставит исследователей в тупик, ищущих объяснение. «Мы не знаем, что происходит, но это просто очень захватывающее открытие», — сказал ведущий автор Алек Лессинг из Стэнфордского университета. «Это означает, что в нашем понимании того, как струи черных дыр взаимодействуют с окружающей средой, чего-то не хватает».

Новая звезда вспыхивает в системе двойной звезды, где стареющая, раздутая, нормальная звезда выплескивает водород на выгоревшую звезду-компаньона — белого карлика. Когда карлик набирает поверхностный слой водорода глубиной в милю, этот слой взрывается, как гигантская ядерная бомба. Белый карлик не уничтожается извержением новой, которое выбрасывает свой поверхностный слой, а затем возвращается к выкачиванию топлива из своего компаньона, и цикл вспышки новой начинается снова.

Хаббл обнаружил, что около струи вспыхнуло вдвое больше новых, чем где-либо еще в гигантской галактике за рассматриваемый период времени. Струя запускается центральной черной дырой массой 6,5 млрд солнечных, окруженной диском закрученной материи.

Черная дыра, переполненная падающей материей, выпускает струю плазмы длиной в 3000 световых лет, которая проносится сквозь пространство со скоростью, близкой к скорости света. Все, что попадет в энергетический луч, будет испепелено. Но находиться вблизи ее обжигающего потока, по-видимому, также рискованно, согласно новым выводам Хаббла.

Обнаружение вдвое большего количества новых звезд вблизи струи означает, что вблизи струи находится вдвое больше систем двойных звезд, формирующих новые звезды, или что эти системы извергаются вдвое чаще, чем аналогичные системы в других местах галактики.

«Струя как-то влияет на звездные системы, которые блуждают по окрестностям. Возможно, струя каким-то образом сметает водородное топливо на белые карлики, заставляя их извергаться чаще», — сказал Лессинг.

«Но не ясно, является ли это физическим толчком. Это может быть эффект давления света, исходящего от струи. Когда вы доставляете водород быстрее, вы получаете извержения быстрее. Что-то может удваивать скорость переноса массы на белые карлики вблизи струи».

Другая идея, которую рассматривали исследователи, заключается в том, что струя нагревает звезду-компаньон карлика, заставляя ее переливаться дальше и сбрасывать больше водорода на карлика. Однако исследователи подсчитали, что этот нагрев недостаточно велик, чтобы иметь такой эффект.

«Мы не первые, кто говорит, что, похоже, вокруг струи M87 наблюдается повышенная активность», — сказал соисследователь Майкл Шара из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке. «Но Хаббл показал эту повышенную активность с гораздо большим количеством примеров и статистической значимостью, чем когда-либо прежде».

Вскоре после запуска Хаббла в 1990 году астрономы использовали его камеру слабого объекта (FOC) первого поколения, чтобы заглянуть в центр M87, где скрывается гигантская черная дыра. Они отметили, что вокруг черной дыры происходят необычные вещи.

Фотография галактики M87, сделанная телескопом Хаббл. Автор: NASA, ESA, A. Lessing (Stanford University), E. Baltz (Stanford University), M. Shara (AMNH), J. DePasquale (STScI)

Почти каждый раз, когда Хаббл смотрел, астрономы видели голубоватые «транзиентные события», которые могли быть доказательством появления новых звезд, как вспышки камер у папарацци поблизости. Но обзор FOC был настолько узким, что астрономы Хаббла не могли отвести взгляд от струи, чтобы сравнить его с областью около струи. На протяжении более двух десятилетий результаты оставались загадочно дразнящими.

Убедительные доказательства влияния струи на звезды родительской галактики были собраны в течение девятимесячного интервала, когда Хаббл наблюдал с помощью новых камер с более широким обзором, чтобы подсчитать извергающиеся новые. Это было вызовом для графика наблюдений телескопа, поскольку требовалось возвращаться к M87 точно каждые пять дней для очередного снимка. Сложение всех изображений M87 привело к получению самых глубоких изображений M87, которые когда-либо были сделаны.

Хаббл обнаружил 94 новых в одной трети M87, которую может охватить его камера. «Джет был не единственным, на что мы смотрели — мы смотрели на всю внутреннюю галактику. Как только вы нанесли все известные новые на M87, вам не нужна была статистика, чтобы убедиться, что вдоль джета есть избыток новых. Это не ракетостроение. Мы сделали открытие, просто глядя на изображения. И хотя мы были действительно удивлены, наш статистический анализ данных подтвердил то, что мы ясно видели», — сказал Шара.

«Мы являемся свидетелями интригующего, но загадочного явления», — прокомментировала Кьяра Чиркоста, научный сотрудник ЕКА, изучающая влияние, которое аккрецирующие сверхмассивные черные дыры оказывают на галактики, в которых они находятся в далекой Вселенной.

«Я был очень удивлен этим открытием. Такие подробные наблюдения за близлежащими галактиками бесценны для расширения нашего понимания того, как джеты взаимодействуют с их родительскими галактиками и потенциально влияют на звездообразование».

Это достижение полностью обусловлено уникальными возможностями Хаббла. Изображения с наземных телескопов не обладают достаточной четкостью, чтобы увидеть новые звезды глубоко внутри M87. Они не могут разрешить звезды или звездные извержения вблизи ядра галактики, поскольку окружение черной дыры слишком яркое. Только Хаббл может обнаружить новые звезды на ярком фоне M87.

Новые звезды необычайно распространены во Вселенной. Каждый день где-то в M87 вспыхивает одна новая. Но поскольку в видимой Вселенной насчитывается не менее 100 миллиардов галактик, то где-то там каждую секунду вспыхивает около миллиона новых.

Больше информации: Alec M. Lessing et al, A 9-Month Hubble Space Telescope Near-UV Survey of M87. II. A Strongly Enhanced Nova Rate near the Jet of M87, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2309.16856

Источник: European Space Agency