Сверхмассивные черные дыры вызывают у астрономов всего мира вопросы, на которые нет ответов. Один из них: «Как они вырастают такими большими?» Международная команда астрономов, включая исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции, обнаружила мощный вращающийся магнитный ветер, который помогает центральной сверхмассивной черной дыре галактики расти. Вихревой ветер, обнаруженный с помощью телескопа ALMA в близлежащей галактике ESO320-G030, позволяет предположить, что подобные процессы происходят как при росте черных дыр, так и при рождении звезд. Работа опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics.
В центре большинства галактик, включая Млечный Путь, находится сверхмассивная черная дыра. Как эти умопомрачительно массивные объекты вырастают до массы миллионов или миллиардов звезд — давний вопрос для астрономов.
В поисках разгадки этой тайны команда ученых под руководством Марка Горски (Северо-Западный университет и Чалмерс) и Сюзанны Аалто (Чалмерс) решила изучить относительно близкую галактику ESO320-G030, удаленную от нас всего на 120 миллионов световых лет. Это очень активная галактика, в которой звезды образуются в 10 раз быстрее, чем в нашей собственной.
«Поскольку эта галактика сильно светится в инфракрасном диапазоне, телескопы могут разглядеть поразительные детали в ее центре. Мы хотели измерить свет от молекул, переносимых ветрами из ядра галактики, в надежде проследить, как эти ветры запускаются растущей сверхмассивной черной дырой. С помощью ALMA мы смогли изучить свет, идущий за толстыми слоями пыли и газа», — говорит Сюзанна Аалто, профессор радиоастрономии в Технологическом университете Чалмерса.
Чтобы обнаружить плотный газ как можно ближе к центральной черной дыре, ученые исследовали свет от молекул цианистого водорода (HCN). Благодаря способности ALMA изображать мелкие детали и отслеживать движения газа — с помощью эффекта Доплера — они обнаружили закономерности, свидетельствующие о наличии намагниченного, вращающегося ветра. В то время как другие ветры и струи в центре галактик отталкивают материал от сверхмассивной черной дыры, недавно обнаруженный ветер может питать ее и способствовать росту.
«Мы видим, как ветры образуют спиралевидную структуру, выходящую из центра галактики. Когда мы измерили вращение, массу и скорость вытекающего наружу материала, то с удивлением обнаружили, что можем исключить многие объяснения силы ветра, например, звездообразование. Вместо этого поток наружу может быть вызван притоком газа и, похоже, он удерживается магнитными полями», — говорит Сюзанна Аалто.
Прежде чем попасть внутрь, вещество перемещается вокруг черной дыры — как вода вокруг водостока. Материя, приближающаяся к черной дыре, собирается в хаотично вращающийся диск. Там развиваются и усиливаются магнитные поля, которые помогают уносить материю из галактики, создавая спиральный ветер. Потеря материи в этом ветре также замедляет вращение диска — это означает, что материя может легче стекать в черную дыру, превращая струйку в поток.
По мнению Марка Горски, то, как это происходит, поразительно напоминает гораздо менее масштабную среду в космосе: завихрения газа и пыли, которые приводят к рождению новых звезд и планет. «Хорошо известно, что звезды на первых этапах своей эволюции растут с помощью вращающихся ветров — ускоряемых магнитными полями, как и ветер в этой галактике. Наши наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры и крошечные звезды могут расти за счет схожих процессов, но в совершенно разных масштабах», — говорит Марк Горски.
Может ли это открытие стать ключом к разгадке тайны того, как растут сверхмассивные черные дыры? В будущем Марк Горски, Сюзанна Аалто и их коллеги хотят изучить другие галактики, в центрах которых могут скрываться спиральные потоки.
«Далеко не на все вопросы об этом процессе есть ответы. В наших наблюдениях мы видим явные свидетельства наличия вращающегося ветра, который помогает регулировать рост центральной черной дыры галактики. Теперь, когда мы знаем, что искать, следующий шаг — выяснить, насколько распространено это явление. И если это стадия, через которую проходят все галактики со сверхмассивными черными дырами, то что происходит с ними дальше?», — спрашивает Марк Горски.
