Астрономы обнаружили, что яйцевидные галактики могут быть выровнены с черными дырами в их центрах

Активная галактика Центавр А с джетами, исходящими из центральной черной дыры. Автор: <a class="source" href="https://www.eso.org/public/images/eso0903a/">ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a>

Черные дыры не имеют множества отличительных черт. Они бывают одного цвета (черные) и одной формы (сферические). Главное различие между черными дырами — масса: некоторые весят примерно столько же, сколько звезда вроде нашего Солнца, а другие весят примерно в миллион раз больше. Черные дыры звездной массы можно найти где угодно в галактике, но действительно большие (известные как сверхмассивные черные дыры) находятся в ядрах галактик.

Эти сверхмассивные гиганты кажутся совсем крошечными, если смотреть с космической точки зрения: они обычно содержат всего около 1% массы своей галактики и простираются всего на одну миллионную ее ширину.

Однако, как мы только что обнаружили, существует удивительная связь между тем, что происходит вблизи черной дыры, и формой всей галактики, которая ее окружает. Наши результаты опубликованы в Nature Astronomy.

Когда загораются черные дыры

При правильных обстоятельствах пыль и газ, падающие в эти галактические ядра, могут образовать диск горячего материала вокруг черной дыры. Этот «аккреционный диск», в свою очередь, генерирует перегретую струю заряженных частиц, которые выбрасываются из черной дыры на ошеломляющих скоростях, близких к скорости света.

Когда сверхмассивная черная дыра загорается подобным образом, мы называем ее квазаром.

Как наблюдать за квазаром

Чтобы хорошо рассмотреть струи квазаров, астрономы часто используют радиотелескопы. Фактически, мы иногда объединяем наблюдения с нескольких радиотелескопов, расположенных в разных частях света.

Используя технику, называемую интерферометрией с очень длинной базой, мы можем фактически сделать один телескоп размером со всю Землю. Этот огромный глаз гораздо лучше разрешает мелкие детали, чем любой отдельный телескоп.

В результате мы не только можем видеть объекты и структуры, которые намного меньше, чем мы видим невооруженным глазом, но и можем делать это лучше, чем космический телескоп Джеймса Уэбба.

Именно эта техника была использована для создания первого «изображения черной дыры» в 2019 году, на котором был показан гало света, образующееся вокруг сверхмассивной черной дыры, находящейся в галактике M87.

Квазарные струи, которые можно обнаружить с помощью интерферометрии с очень длинной базой, могут иметь длину в миллионы световых лет и почти всегда встречаются в эллиптических галактиках. Используя интерферометрию с очень длинной базой, мы можем наблюдать их вплоть до нескольких световых лет или около того от их черной дыры происхождения.

Направление струи вблизи ее источника говорит нам об ориентации аккреционного диска и, следовательно, потенциально о свойствах самой черной дыры.

Подключение к галактике-хозяину

А как насчет родительских галактик? Галактика — это трехмерный объект, состоящий из сотен миллиардов звезд.

Но она появляется для нас (наблюдаемая в оптическом или инфракрасном диапазоне) в проекции, либо как эллипс, либо как спираль. Мы можем измерить форму этих галактик, прослеживая профиль звездного света, и измерить длинную ось и короткую ось двумерной формы.

В нашей статье мы сравнили направление струй квазаров с направлением этой более короткой оси эллипса галактики и обнаружили, что они, как правило, указывают в одном направлении. Это выравнивание статистически более значимо, чем можно было бы ожидать, если бы они оба были ориентированы случайным образом.

Это удивительно, поскольку черная дыра настолько мала (измеренные нами струи имеют длину всего несколько световых лет) по сравнению с галактикой-хозяином (которая может иметь в поперечнике сотни тысяч или даже миллионы световых лет).

Удивительно, что такой относительно небольшой объект может влиять на окружающую среду в таких больших масштабах или подвергаться ее влиянию. Мы могли бы ожидать увидеть корреляцию между струей и локальной средой, но не со всей галактикой.

Как образуются галактики

Говорит ли это что-то о том, как формируются галактики?

Спиральные галактики, пожалуй, самый известный тип галактик, но иногда они сталкиваются с другими спиралями и образуют эллиптические галактики. Мы видим эти трехмерные яйцевидные пятна как двумерные эллипсы на небе.

Процесс слияния запускает активность квазара способами, которые мы не до конца понимаем. В результате почти все струи квазаров, которые можно обнаружить с помощью интерферометрии с очень длинной базой, находятся в эллиптических галактиках.

Точная интерпретация наших результатов остается загадкой, но она важна в контексте недавнего открытия космическим телескопом Джеймса Уэбба очень массивных квазаров (с массивными черными дырами), которые образовались во Вселенной гораздо раньше, чем ожидалось. Очевидно, что наше понимание того, как формируются галактики и как черные дыры влияют на это, должно быть обновлено.

Больше информации: D. Fernández Gil et al, Detection of an orthogonal alignment between parsec-scale AGN jets and their host galaxies, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02407-4

Источник: The Conversation