597
Пів століття астрономи шукали щось, що за всіма законами фізики мало бути, але вперто не показувалося в телескопи: вітер від надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху. Тепер команда з Північно-Західного університету, про яку розповідає SciTechDaily, нарешті побачила його слід — і виявилося, що наша «тиха» чорна діра все ж таки дихає, хоч і дуже обережно.
Що відомо коротко
- Астрономи знайшли докази, що надмасивна чорна діра Стрілець A* у центрі Чумацького Шляху продукує гарячий вітер.
- Цей вітер створив гігантську конусоподібну порожнину майже завдовжки один парсек (близько трьох світлових років) без холодного газу.
- Спостереження виконали за допомогою радіоінтерферометра ALMA у Чилі та рентгенівської обсерваторії Chandra.
- Карта холодного молекулярного газу виявилася у 100 разів глибшою і у 80 разів чіткішою за попередні.
- Розрахунки показали, що енергії зірок поблизу недостатньо, тож порожнину мав «видмухати» саме вітряний потік від чорної діри.
Чому чорна діра не лише «ковтає», а й «видуває»
Ми звикли уявляти чорну діру як космічний пилосос, що безжально затягує все навколо. Але в реальності вона більше схожа на турбіну: частину газу вона справді «ковтає», а частину — викидає назад у простір у вигляді вітрів і джетів.
Коли газ закручується навколо чорної діри, він розганяється до швидкостей, близьких до світлової, і страшенно нагрівається. У такому «пеклі» тиск і енергія настільки великі, що частина речовини не падає всередину, а виривається назовні — як пара з киплячого чайника, що проривається крізь вузький носик.
Теорія давно передбачала, що надмасивні чорні діри мають такі вітри. Але в нашій Галактиці їх ніяк не вдавалося побачити: Стрілець A* зараз поводиться відносно тихо, а ми дивимося на нього крізь щільну завісу газу й пилу в площині Чумацького Шляху.
Як вдалося «розгледіти подих» Стрільця A*
Команда Марка Горскі (Mark Gorski) та Олени Мурчикової (Elena Murchikova) використала п’ять років глибоких спостережень з масиву радіотелескопів ALMA у Чилі. Вони отримали найдетальніше зображення холодного молекулярного газу (зокрема монооксиду вуглецю) в околі Стрільця A* — у межах лише одного парсека, тобто приблизно трьох світлових років від чорної діри.
Яскрава радіоемісія від самого центру зазвичай «засліплює» такі карти. Тому дослідники застосували спеціальну калібрувальну техніку, щоб математично «приглушити» сигнал від чорної діри. У результаті вони отримали карту, яка стала у 100 разів глибшою і у 80 разів різкішою, ніж попередні.
На цій карті й проявилася структура, якої ніхто раніше не бачив: величезна конусоподібна порожнина, майже парсек завдовжки і з кутом розкриття близько 45 градусів, практично без холодного молекулярного газу.
Усе навколо — газ, а в цьому конусі — «дірка». Це як побачити в тумані чіткий коридор, наче хтось пройшовся потужним феном і роздмухав його.
Чому винна саме чорна діра, а не зорі
Зорі теж створюють вітри — потоки частинок, що здувають навколишній газ. Але розрахунки показали: навіть якщо скласти разом енергію всіх зірок у цій ділянці, її все одно замало, щоб «вичистити» такий великий об’єм.
Команда оцінила, скільки енергії потрібно, щоб утворити цю порожнину. Виявилося, що без внеску надмасивної чорної діри це просто неможливо. До того ж форма конуса буквально «вказує» на Стрілець A* — якщо продовжити його вісь, вона впирається прямо в чорну діру.
Щоб переконатися, що це не артефакт обробки даних, дослідники звернулися до архівних спостережень рентгенівської обсерваторії Chandra. Раніше Chandra вже фіксувала яскраве рентгенівське випромінювання в цьому ж регіоні.
Коли вчені наклали рентгенівське зображення на карту холодного газу з ALMA, мозаїка склалася: там, де в радіодіапазоні видно «порожній» конус без холодного газу, у рентгені простір заповнений гарячим, високоенергетичним газом. Саме його й несе вітер від чорної діри.
Тихий, але впертий вітер протягом 20 тисяч років
За тим, як цей вітер впливає на сусідній потік іонізованого газу, команда оцінила тривалість його дії. Виходить, що такий відтік триває щонайменше 20 000 років.
При цьому Стрілець A* зараз вважається «тихою» надмасивною чорною дірою: вона поглинає небагато речовини і світиться значно слабше, ніж активні ядра інших галактик, які влаштовують справжні «феєрверки» з джетів і спалахів.
Саме тому це відкриття таке важливе: воно показує, що навіть у спокійному режимі чорна діра все одно впливає на своє оточення — повільно, але наполегливо, як слабкий, проте постійний вітер, що з часом може змінити ландшафт.
Мурчикова підкреслює, що Стрілець A* дає нам рідкісну можливість вивчати чорну діру не в «салютному» стані, а в її звичайному, домінуючому для більшості галактик режимі — коли вона не надто активна, але все одно працює.
Цікаві факти
Дослідники вперше показали, що молекулярний газ дуже близько до Стрільця A* не лише оточує її, а й живить чорну діру.
Вітер від Стрільця A* настільки слабкий, що його не могли побачити десятиліттями, але він все одно «пробив» порожнину розміром у кілька світлових років.
Щоб «побачити» структуру навколо чорної діри, вченим довелося математично «заглушити» її власне радіовипромінювання, ніби зменшити яскравість прожектора, щоб розгледіти фон.
FAQ
Це вже остаточний доказ вітру від нашої чорної діри чи лише гіпотеза?
Дослідники поєднали два незалежні набори даних — від ALMA та Chandra — і показали, що порожнина без холодного газу заповнена гарячим рентгенівським газом. Розрахунки енергії виключають зорі як єдине джерело, тож внесок чорної діри виглядає дуже переконливим. Водночас астрономи й надалі перевірятимуть цю картину новими спостереженнями.
Чому вчені не бачили цей вітер раніше?
По-перше, Стрілець A* зараз малояскравий і не такий активний, як багато інших надмасивних чорних дір, тому його вплив слабкий. По-друге, ми дивимося на центр Галактики крізь щільні шари газу й пилу, що сильно ускладнює спостереження. Лише завдяки довготривалим, дуже глибоким спостереженням ALMA та спеціальній обробці даних вдалося отримати достатньо чисте зображення.
Як це відкриття допомагає зрозуміти інші галактики?
Більшість галактик, за оцінками астрономів, проводять основну частину свого життя в «тихому» стані, подібному до нинішнього стану Чумацького Шляху. Спостерігаючи Стрілець A* зблизька, ми отримуємо модель того, як поводяться такі «спокійні» чорні діри, як вони живляться і як їхні вітри впливають на газ у центрі галактики.
Чи може цей вітер впливати на формування зірок у центрі Галактики?
Вітер, що видуває або нагріває холодний газ, потенційно може зменшувати кількість речовини, з якої могли б утворюватися нові зорі. У цьому сенсі він може «пригальмовувати» зореутворення поблизу центру. Але наскільки сильний цей ефект і як він змінювався з часом, ще належить з’ясувати в майбутніх дослідженнях.
Надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху виявилася не безмовною прірвою, а тихим, але впертим «диханням», що тисячоліттями формує простір навколо себе. Це змушує по-новому подивитися на галактики: їхні серця працюють не лише в моменти яскравих спалахів, а й у повсякденному, майже непомітному режимі, який і визначає їхнє довге космічне життя.
Астрономи довели що чорна діра Чумацького Шляху видуває вітер з’явилася спочатку на Цікавості.
