Изображения НАСА помогают объяснить пищевые привычки массивной черной дыры

На снимках, полученных с помощью бывшего космического телескопа НАСА «Спитцер», видны потоки пыли длиной в тысячи световых лет, движущиеся к сверхмассивной черной дыре в центре галактики Андромеды. Оказывается, эти потоки могут помочь объяснить, как черные дыры, масса которых в миллиарды раз больше массы нашего Солнца, удовлетворяют свои большие аппетиты, оставаясь при этом «тихими» едоками.

Когда сверхмассивные черные дыры поглощают газ и пыль, материал нагревается непосредственно перед коллапсом, создавая невероятные световые шоу — иногда ярче, чем целая галактика, полная звезд. Когда материал поглощается сгустками разного размера, яркость черной дыры колеблется.

Но черные дыры в центре Млечного Пути (родной галактики Земли) и Андромеды (одного из наших ближайших галактических соседей) — одни из самых тихих едоков во Вселенной. Излучаемый ими свет не сильно отличается по яркости, что говорит о том, что они потребляют небольшой, но постоянный поток пищи, а не большие сгустки. Потоки приближаются к черной дыре постепенно и по спирали, подобно воде, бурлящей в канализации.

Охота на источник пищи Андромеды

В исследовании опубликованном в Astrophysical Journal, взята гипотеза о том, что покоящаяся сверхмассивная черная дыра питается постоянным потоком газа, и применена к галактике Андромеды. Используя компьютерные модели, авторы смоделировали, как газ и пыль вблизи сверхмассивной черной дыры Андромеды могли бы вести себя с течением времени.

Моделирование показало, что вблизи сверхмассивной черной дыры может образоваться небольшой диск горячего газа, который будет постоянно питать ее. Диск может пополняться и поддерживаться многочисленными потоками газа и пыли.

Однако исследователи также обнаружили, что эти потоки должны оставаться в пределах определенного размера и скорости, иначе материя будет падать в черную дыру неравномерными комками, вызывая еще большие колебания света.

Когда авторы сравнили свои результаты с данными, полученными со Спитцера и космического телескопа НАСА «Хаббл», они обнаружили пылевые спирали, ранее идентифицированные Спитцером, которые соответствовали этим ограничениям. Из этого авторы сделали вывод, что спирали питают сверхмассивную черную дыру Андромеды.

«Это отличный пример того, как ученые обращаются к архивным данным, чтобы узнать больше о динамике галактик, сравнивая их с новейшими компьютерными симуляциями», — говорит Альмудена Прието, астрофизик из Института астрофизики Канарских островов и Мюнхенской университетской обсерватории, соавтор исследования, опубликованного в этом году. «У нас есть данные 20-летней давности, которые говорят нам о том, чего мы не знали, когда только собирали их».

Более глубокий взгляд на Андромеду

Запущенный в 2003 году и управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА, Spitzer изучает Вселенную в инфракрасном свете, невидимом для человеческого глаза. Различные длины волн показывают разные особенности Андромеды, включая более горячие источники света, такие как звезды, и более холодные, такие как пыль.

Разделяя эти длины волн и глядя только на пыль, астрономы могут увидеть «скелет» галактики — места, где газ скопился и остыл, иногда образуя пыль, создавая условия для формирования звезд. Этот вид Андромеды таит в себе несколько сюрпризов.

Например, хотя Андромеда и является спиральной галактикой, похожей на Млечный Путь, в ней преобладает большое пылевое кольцо, а не отдельные рукава, окружающие ее центр. На снимках также обнаружено вторичное отверстие в одной из частей кольца, через которое прошла карликовая галактика.

Близость Андромеды к Млечному Пути означает, что с Земли она выглядит крупнее других галактик: если смотреть на нее невооруженным глазом, то Андромеда будет примерно в шесть раз шире Луны (около 3 градусов). Даже с полем зрения, более широким, чем у Хаббла, Спитцеру пришлось сделать 11 000 снимков, чтобы создать такое полное изображение Андромеды.