Сверхмассивная черная дыра, похоже, растет как молодая звезда

Сверхмассивные черные дыры ставят перед астрономами всего мира вопросы, на которые нет ответов, и не последний из них – “Как они становятся такими большими?”. Теперь международная команда астрономов, включая исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции, обнаружила мощный вращающийся магнитный ветер, который, по их мнению, помогает центральной сверхмассивной черной дыре галактики расти.

Вихревой ветер, обнаруженный телескопом ALMA в соседней галактике ESO320-G030, позволяет предположить, что в росте черных дыр и рождении звезд участвуют схожие процессы.

Исследование представлено в работе “Impressive galactic-scale magnetohydrodynamic wind in ESO 320-G030”, опубликованной в журнале. Astronomy and Astrophysics.

В центре большинства галактик, включая наш Млечный Путь, находится сверхмассивная черная дыра. Как эти поразительно массивные объекты достигают массы, равной миллионам или миллиардам 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, которая находится всего в 120 миллионах световых лет от нас. Это очень активная галактика, в которой звезды формируются в 10 раз быстрее, чем в нашей галактике.

“Поскольку эта галактика очень светится в инфракрасном диапазоне, телескопы могут различить поразительные детали в ее центре. Мы хотели измерить свет молекул, переносимых ветрами из ядра галактики, в надежде проследить, как эти ветры вызываются растущей или скоро растущей сверхмассивной черной дырой”.

“С помощью ALMA мы смогли изучить свет, проникающий за толстые слои пыли и газа”, – говорит Аалто, профессор радиоастрономии в Технологическом университете Чалмерса.

Чтобы сфокусироваться на плотном газе как можно ближе к центральной черной дыре, ученые исследовали свет от молекул цианистого водорода (HCN). Благодаря способности ALMA отображать мелкие детали и отслеживать движения в газе (используя эффект Доплера), они обнаружили закономерности, свидетельствующие о наличии намагниченного вращающегося ветра.

В то время как другие ветры и струи в центре галактик отталкивают материю от сверхмассивной черной дыры, недавно обнаруженный ветер добавляет еще один процесс, который может питать черную дыру и способствовать ее росту.

“Мы видим, как ветры образуют спиральную структуру, выходящую из центра галактики. Когда мы измерили вращение, массу и скорость вытекающего наружу материала, мы с удивлением обнаружили, что можем исключить многие объяснения силы ветров, например, звездообразование”.

“Вместо этого наружный поток может быть вызван притоком газа и, похоже, удерживается на месте магнитными полями”, – говорит Аалто.

Ученые считают, что вращающийся магнитный ветер помогает черной дыре расти.

Материя движется вокруг черной дыры, прежде чем упасть туда, как вода вокруг канализации. Приближаясь к черной дыре, материя собирается в хаотично вращающийся диск. Там развиваются и усиливаются магнитные поля. Магнитные поля помогают вытягивать материю из галактики, создавая спиральный ветер. Потеря материи из-за этого ветра также замедляет вращение диска – это означает, что материя может легче стекать в черную дыру, превращая струйку в поток.

По словам Горски, то, как это происходит, поразительно похоже на гораздо меньшую среду в космосе: водовороты газа и пыли, которые приводят к рождению новых звезд и планет.

“Хорошо известно, что звезды на первых этапах своей эволюции растут за счет вращающихся ветров, ускоряемых магнитными полями, как и ветер в этой галактике. Наши наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры и крошечные звезды могут расти схожим образом. процессы, но в совершенно разных масштабах”, – говорит Горски.

Может ли это открытие стать ключом к разгадке тайны роста сверхмассивных черных дыр? В будущем Горски, Аалто и их коллеги хотят изучить другие галактики, в центрах которых могут быть скрыты спиральные потоки.

“Не на все вопросы об этом процессе получены ответы. В наших наблюдениях мы видим четкие доказательства существования вращающегося ветра, который помогает регулировать рост центральной черной дыры галактики.

“Теперь, когда мы знаем, что искать, следующий шаг – выяснить, насколько широко распространено это явление. И если через эту стадию проходят все галактики со сверхмассивными черными дырами, то что происходит с ними дальше?” – спрашивает Горски.