Массивные чёрные дыры известны не только тем, что поглощают окружающее вещество. Парадоксально, но во время активного роста они способны выбрасывать в космос колоссальные объёмы материи и энергии. Именно такое явление недавно удалось подробно изучить международной группе астрономов, обнаружившей один из самых мощных сверхбыстрых потоков вещества, когда-либо зарегистрированных во Вселенной.
Речь идёт не о неопознанном летающем объекте в привычном смысле слова. В астрофизике термин UFO (Ultra-Fast Outflow) используется для обозначения сверхбыстрых потоков газа, которые выбрасываются из окрестностей сверхмассивных чёрных дыр. Новые наблюдения показали, что один из таких потоков движется со скоростью, достигающей примерно 30 процентов скорости света, что делает его одним из самых экстремальных объектов подобного типа из известных на сегодняшний день.
Что такое сверхбыстрые потоки вещества
Хотя чёрные дыры традиционно ассоциируются с поглощением материи, процесс их роста гораздо сложнее.
Когда газ и пыль падают к сверхмассивной чёрной дыре, вещество не исчезает сразу за горизонтом событий. Сначала оно образует аккреционный диск — раскалённую структуру из быстро вращающегося газа. Температура внутри такого диска может достигать миллионов градусов.
В этих экстремальных условиях часть вещества не падает внутрь, а наоборот, выбрасывается наружу. Возникают мощные ветры, которые способны разгоняться до огромных скоростей.
Если скорость такого потока превышает примерно десятую часть скорости света, астрономы относят его к классу Ultra-Fast Outflows — сверхбыстрых потоков вещества. Именно такие структуры сегодня считаются одним из важнейших механизмов, влияющих на эволюцию галактик.
Заглянуть в эпоху бурного роста Вселенной
Объект, ставший предметом нового исследования, представляет собой чрезвычайно яркий квазар.
Квазарами называют активные галактические ядра, в центре которых расположены сверхмассивные чёрные дыры, интенсивно поглощающие вещество. Из-за огромного количества высвобождаемой энергии такие объекты могут светить ярче целых галактик.
Особый интерес представляет тот факт, что наблюдаемый квазар находится на очень большом расстоянии от Земли.
Свет от него шёл к нам более 11 миллиардов лет. Это означает, что астрономы наблюдают объект таким, каким он был примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Данный период истории космоса учёные называют «космическим полуднем» — временем, когда образование звёзд и рост чёрных дыр происходили особенно активно.
Изучение подобных объектов позволяет понять, как формировались современные галактики и каким образом сверхмассивные чёрные дыры влияли на их развитие.
Две скорости вместо одной
Для исследования астрономы использовали космические рентгеновские обсерватории XMM-Newton и NuSTAR.
Рентгеновское излучение особенно полезно при изучении окрестностей чёрных дыр, поскольку именно там находятся самые горячие и энергетически насыщенные области.
Анализ спектра показал неожиданную картину.
Вместо одного потока исследователи обнаружили сразу два компонента сверхбыстрого выброса. Один из них движется со скоростью около 10 процентов скорости света, а второй достигает примерно 30 процентов скорости света.
Для сравнения: свет проходит около 300 тысяч километров за секунду. Следовательно, более быстрый поток разгоняется почти до 90 тысяч километров в секунду.
Это одна из самых высоких скоростей, когда-либо зарегистрированных для подобных структур.
Слоистый ветер вокруг чёрной дыры
Полученные данные позволили учёным предложить интересную модель строения потока.
Согласно расчётам, выброс не является однородным. Скорее всего, он состоит из нескольких слоёв.
Внутренняя часть представляет собой очень быстрый поток, который формируется ближе всего к чёрной дыре. Внешняя оболочка движется медленнее и возникает на большем расстоянии от центра системы. Такая структура напоминает своеобразное ядро и окружающую его оболочку.
Подобное устройство давно предсказывалось теоретическими моделями, однако наблюдательных подтверждений до сих пор было немного.
Новое исследование стало одним из наиболее убедительных свидетельств существования сложной многослойной структуры сверхбыстрых потоков.
Настоящие космические ураганы
Масштабы происходящего трудно представить.
По оценкам исследователей, оба компонента потока ежегодно уносят в космос десятки масс Солнца вещества. Это делает наблюдаемый объект одним из самых мощных известных примеров подобных выбросов.
Энергия такого потока настолько велика, что способна влиять не только на ближайшие окрестности чёрной дыры, но и на всю галактику.
По сути, речь идёт о космическом урагане, который охватывает огромные расстояния и переносит колоссальные объёмы энергии.
Как чёрные дыры контролируют свои галактики
Одним из наиболее важных выводов современной астрофизики стало понимание того, что сверхмассивные чёрные дыры и их галактики развиваются совместно.
Несмотря на то что размеры чёрной дыры ничтожны по сравнению с размерами галактики, её влияние может распространяться на десятки и сотни тысяч световых лет.
Сверхбыстрые потоки вещества являются одним из главных механизмов такого воздействия.
Когда выброс сталкивается с межзвёздным газом, он нагревает его и мешает образованию новых звёзд. В некоторых случаях поток способен практически остановить звездообразование в галактике.
Поэтому современные модели эволюции галактик рассматривают подобные ветры как важнейший фактор, регулирующий рост звёздных систем.
Почему открытие особенно важно
До недавнего времени большинство подобных объектов обнаруживались в квазарах, яркость которых дополнительно усиливалась эффектом гравитационного линзирования.
Такой эффект возникает, когда между объектом и наблюдателем находится массивная галактика, искривляющая пространство-время и усиливающая свет далёкого источника.
Однако это может усложнять интерпретацию результатов.
Новый объект относится к числу нелинзированных квазаров, что делает полученные данные особенно ценными. Фактически исследователи смогли изучить экстремальный сверхбыстрый поток без дополнительных искажений, связанных с гравитационной линзой.
Кроме того, это один из самых удалённых объектов подобного типа, обнаруженных на сегодняшний день.
Окно в прошлое Вселенной
Каждое наблюдение далёких квазаров позволяет астрономам буквально заглядывать в прошлое.
Когда свет от объекта идёт к Земле миллиарды лет, он приносит информацию о событиях, происходивших задолго до появления Солнечной системы.
Изучение сверхбыстрых потоков в столь раннюю эпоху показывает, что механизмы взаимодействия между чёрными дырами и галактиками уже действовали почти сразу после формирования первых крупных космических структур.
Это помогает объяснить, почему современные галактики выглядят именно так, как мы наблюдаем их сегодня.
Будущие телескопы откроют ещё больше тайн
Исследователи отмечают, что нынешние результаты являются лишь началом.
Следующее поколение рентгеновских космических обсерваторий позволит изучать подобные объекты с гораздо большей точностью. Благодаря этому астрономы смогут обнаруживать сверхбыстрые потоки в ещё более далёких галактиках и восстанавливать историю роста сверхмассивных чёрных дыр на протяжении всей космической истории.
Новое открытие показывает, что даже в молодой Вселенной существовали чрезвычайно мощные механизмы перераспределения вещества и энергии. Сверхмассивные чёрные дыры не только поглощали окружающий газ, но и выбрасывали его обратно в космос с невероятными скоростями. Эти гигантские потоки, движущиеся со скоростью до трети скорости света, могли играть ключевую роль в формировании галактик, которые спустя миллиарды лет стали частью современной Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
