Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 22.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Установлена связь между деятельностью чёрной дыры и оттоком молекулярного газа из галактик

Установлена связь между деятельностью чёрной дыры и оттоком молекулярного газа из галактик
shortstoryf

Астрономы наши прямые доказательства того, что сильные космические ветры, создаваемые сверхмассивными чёрными дырами, рассеивают скопления газа в содержащих их галактиках. Это открытие основывается на наблюдении за двумя связанными явлениями в одной и той же галактике: крупномасштабный галактический отток газа, выявленный аппаратом Гершель Европейского космического агентства, и космический ветер, создаваемый чёрной дырой в галактическом ядре, изученный рентгеновской обсерваторией Suzaku. На примере того, как чёрная дыра фактически заставляет перемещаться газ, который затрагивает всю галактику, открытие демонстрирует ту ключевую роль, которую играют чёрные дыры в регулировании рождения новых звёзд в их галактиках.

Галактики начали формировать первые звёзды, когда Вселенной было всего лишь несколько сотен миллионов лет, но за прошлые десять миллиардов эта галактическая активность существенно замедлилась. По факту, в то время как производство новых звёзд достигло своего пика спустя несколько миллиардов лет после Большого Взрыва, галактики в современной Вселенной больше не являются такими продуктивными звёздными фабриками, а типичная сегодняшняя галактика порождает всего несколько новых звёзд в год. Астрономы давно стали задаваться вопросом о тех физических процессах, которые регулируют процессы звёздного формирования в галактиках. Но что стало препятствовать тому, чтобы галактики превратили весь свой газ в звёзды? Почему в некоторых галактиках процессы звёздообразования полностью прекратились? Учёные стали предполагать, что деятельность сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик могла бы быть ответственной за создание такого механизма обратной связи, но до недавнего времени исследователи не обладали прямыми доказательствами, что этот сценарий разворачивается сейчас в глобальном галактическом масштабе.

«Это — первый раз, когда мы видим супермассивную чёрную дыру в действии, когда она попросту сдувает скопления газа, которые формируют новые звёзды. Оказывается, чёрные дыры действительно не только поглощают окружающее их вещество, но также и изгоняют большое количество вещества посредством мощных ветров и джетов. До сих пор мы могли только предполагать, что деятельность этих объектов оказывает глобальное влияние на всю галактику, в которой она находится, но теперь мы можем непосредственно доказать это», — Франческо Томбеси из Центра космических полётов имени Годдарда.

Томбеси и его сотрудники нашли первые доказательства того, что мощные ветры, которые создают чёрные дыры, приводят к формированию огромных областей оттока межзвёздного вещества вокруг них, отодвигая большое количество молекулярного газа из центра галактики. Как уже говорилось, это новое открытие стало возможным благодаря взаимодействию двух орбитальных обсерваторий: Гершель и Сузаку. Аппарат Гершель наблюдал небо в дальней инфракрасной области электромагнитного спектра. Обсерватория Сузаку исследовала некоторые самые энергетически сильные явления в космосе посредством эмиссии рентгена. Многоволновый аспект этого исследования был крайне важен, а объединённые данные позволили понять то, что происходит около чёрной дыры и какой глобальный эффект она оказывает на галактику в целом. Большинство сверхмассивных чёрных дыр «праздно» проводят своё время, но те, которые активно аккумулируют материю, дают начало интенсивной эмиссии в электромагнитных спектрах. В частности, рентгеновские наблюдения очень чувствительны к тому, что происходит очень близко к чёрной дыре и ими широко пользовались в прошлое десятилетие, чтобы извлечь информацию о скорости и энергии этих ветров, которые стимулируются процессом акреции.

«В предыдущих исследованиях мы продемонстрировали, что ветры довольно распространены в галактиках, обладающих в своих ядрах активными чёрными дырами. Эти ветры разгоняют существенное количество чрезвычайно ионизированного газа приблизительно до одной трети скорости света», — объясняет Томбеси.

Однако в то время как рентгеновские наблюдения могут исследовать отток ионизированного газа в центральных областях галактики, они совершенно слепы к общему видению того, что затем продолжается на галактическом уровне. Именно в дальних инфракрасных длинах волн, исследуемых Гершелем, астрономы могут следить за оттоком газов в большем масштабе, изучая молекулярный газ, который является сырьём для формирования новых звёзд.

«С Гершелем мы смогли, наконец, непосредственно увидеть, что также и молекулярный газ выметается из галактик».

В предыдущих исследования крупномасштабные оттоки молекулярного газа были обнаружены во многих ультраярких инфракрасных галактиках, тщательно исследуемых всё тем же Гершелем. Такие галактики на самом деле являются двумя сливающимися галактическими системами, богатыми газом, которые находятся на пути перерождения в виде эллиптической галактики. В то время, как данные от Гершеля обеспечили убедительные доказательства того, что галактические ветра сдувают газ, необходимый для формирования новых звёзд, до сих пор не было ни какой возможности определить то, что приводило эти ветра в действие. Какого-то одного компонента астрономам не хватало. таким компонентом являлась галактика, в которой можно было бы наблюдать одновременно и движение ионизированного газа вокруг чёрной дыры, и движение молекулярного газа в более широком масштабе.

«Это было для нас проблемой, так как галактики, которые очень ярко светят в дальнем инфракрасном диапазоне, не обязательно должны быть сильными источниками рентгеновского излучения», — Марсио Мелендез, соавтор исследований из Университета Мэриленда.

В конечном счете, астрономам удалось найти «правильного» кандидата. Им оказался объект IRAS F11119+3257 — ультраяркая инфракрасная галактика с красным смещением 0.189, свет от которой движется к нам приблизительно два миллиарда лет. Эта галактика, которая уже наблюдалась Гершелем и демонстрировала присутствие крупномасштабных оттоков молекулярного газа, является также ярким источником рентгена, таким образом, как оказалось, она является самым лучшим кандидатом на проведение исследований. В мае 2013 года астрономы наблюдали её с помощью обсерватории Сузаку с целью обнаружить хоть какую-то деятельность чёрной дыры.

«И это был правильный выбор, так как рентгеновские данные показали, что чёрная дыра в центре этой галактики создаёт одни из самых сильных ветров, приводимые в движение аккреционным диском».

Имея под рукой одновременно и данные Гершеля, и данные Сузаку, астрономы смогли, наконец, проверить свою модель обратной связи. Новые наблюдения показали, что приблизительно двадцать процентов быстрого, приводимого в движение чёрной дырой, ветра, воздействует на молекулярный газ в разреженном межзвёздном пространстве, которое существует в галактике, инициируя движение медленного, но более широко распространённого ветра на больших галактических масштабах.

«В то время, как изначальный поток ветра сдувает в год массу, эквивалентную одной солнечной массе, отток молекулярного газа является намного более существенным и затрагивает, по крайней мере, эквивалент в несколько сотен солнечных масс ежегодно».

И в то время, как поток ветра чёрной дыры движется со скоростью, равно 25 процентов от скорости света, отток молекулярного газа происходит в более широких областях, но происходит это значительно медленнее, приблизительно на скорости в 1000 километров в секунду. Кроме того, сравнение между рентгеновскими и инфракрасными данными предполагает, что энергия сохраняется, а не рассеивается во взаимодействии между ветром чёрной дыры и окружающей межзвёздной средой.

Изображения

  • Чёрная дыра ионизированный газ

    Иллюстрация, на которой показан процесс, во время которого чёрная дыра создаёт мощные ветры, которые могут заставить перемещаться огромные массы молекулярного газа в галактике-хозяине. Источник: ESA/ATG medialab

  • Чёрная дыра скорость оттока

    Этот график иллюстрирует силу космических ветров, как функцию от их скорости, наблюдаемых во многих галактиках. Треугольники, показанные в левом верхнем углу, соответствуют мощным, но медленным оттокам молекулярного газа, обнаруженным на больших галактических масштабах с помощью исследований в субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах. Зелёные точки отражают оттоки, обнаруженные Гершелем, а чёрные точки отражают оттоки, обнаруженные интерферометром IRAM. Синие круги в правом нижнем углу представляют быстрый ветер ионизированного газа, обнаруженного в рентгеновских наблюдениях за галактиками, обладающими активными сверхмассивными чёрными дырами. Две красных звезды представляют собой наблюдения за описанной в статье галактикой IRAS F11119+3257, у которой крупномасштабные оттоки были обнаружены Гершелем (левый верхний угол), ветер от Чёрной дыры исследован обсерваторией Сузаку (нижний правый угол). Источник: Courtesy of Francesco Tombesi, NASA/Goddard Space Flight Center and University of Maryland, MD, USA

  • Ультраяркая инфракрасная галактика IRAS F11119+3257

    Изображение ультраяркой инфракрасной галактики IRAS F11119+3257, которая была изучена обсерваториями Гершель и Сузаку. Задний фон был получен в рамках Слоановского цифрового обзора неба. Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center/SDSS/S. Veilleux

По информации Европейского космического агентства.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google