Считается, что что почти каждая крупная галактика во Вселенной имеет в центре сверхмассивную черную дыру с массой от миллионов до миллиардов раз больше солнечной.
Черные дыры растут, поглощая окружающее вещество, но при этом они также выбрасывают мощные энергетические струи. Эти струи нагревают окружающий газ, задерживая образование новых звезд и влияя на рост галактики в целом.
Это долгое время представляло исследователям загадку. Поскольку черная дыра испускает струи и нагревает окружающий газ, газ, который в противном случае был бы поглощен черной дырой, то есть ее источником энергии, рассеивается далеко. И все же, почему черные дыры не «истощаются», а продолжают расти?
Чтобы объяснить эту загадку, исследователи предложили следующую гипотезу: газ, унесенный теплом, в конечном итоге охлаждается в межзвездном пространстве и конденсируется в тонкие нитевидные структуры, называемые нитями. Эти нити затем падают обратно в черную дыру.
Недавно опубликованное исследование приблизило исследователей к подтверждению этой идеи. Международная группа под руководством Джули Главачек-Ларрондо, профессора Монреальского университета, наблюдала центральную галактику NGC 4696 в скоплении Центавра и продемонстрировала связь между такими нитями и ее центральной черной дырой.
«Космическая система переработки» отопления и охлаждения
NGC 4696 расположена примерно в 145 миллионах световых лет от Земли. В прошлом она была предметом обширных наблюдений, включая открытие S-образной спиральной структуры вокруг центральной черной дыры.
В рамках этого исследования команда наблюдала центральную область галактики в течение примерно восьми часов с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Наблюдения достигли достаточно высокого разрешения, чтобы различить структуры диаметром всего около 30 световых лет. Для сравнения: если бы галактику шириной 300 000 световых лет масштабировали до размеров футбольного поля, это было бы эквивалентно идентификации одного шарика, помещенного на это поле, с расстояния 50 километров.
Наблюдаемое движение газа показало, что S-образная спираль на самом деле представляет собой вращающийся газовый диск, вращающийся вокруг черной дыры. Диаметр диска составляет около 800 световых лет, а газ, притягиваемый огромной гравитацией черной дыры, вращается со скоростью несколько сотен километров в секунду. Разница скоростей между противоположными краями диска составила примерно 600 километров в секунду.
Наблюдения также показали, что нити, образовавшиеся из сконденсированного газа, текут прямо к краю диска. Газ движется по этим нитям, накапливается в диске и в конечном итоге поступает в черную дыру в качестве «топлива». Впервые весь этот путь был непосредственно визуализирован.
«Что показывает JWST, так это то, что черные дыры могут быть идеальными космическими переработчиками», — говорит Главачек-Ларрондо. «Они выделяют огромное количество энергии, которая нагревает окружающую среду, однако этот же газ может позже охладиться до тонких нитей, которые падают внутрь и снова питают черную дыру. Мы наконец видим этот самоподдерживающийся цикл в действии».
Черные дыры контролируют рост галактик
В дополнение к наблюдениям исследовательская группа провела компьютерное моделирование, которое привело их к следующей теории:
Когда нитевидный газ падает к черной дыре, растянутые магнитные поля действуют как веревки, создавая крутящий момент, который устраняет угловой момент газа. В результате газ попадает в диск, а не рассеивается.
