Астрономы стали свидетелями того, как огромные черные дыры выбрасывали мощные пучки частиц в космос, а затем меняли цель и стреляли по новым небесным целям.
Этот космический полигон, напоминающий разрушение планеты Альдераан Звездой Смерти в «Звездных войнах», может помочь ученым определить влияние черных дыр на окружающие их галактики и за их пределами.
Команда, проводившая наблюдения, изучила 16 извергающихся сверхмассивных черных дыр, используя орбитальную рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра» и систему со сверхдлинной базой (VLBA), систему из десяти роботизированных радиотелескопов, которые управляются удаленно из Сокорро, штат Нью-Мексико. Это позволило ученым обнаружить, что струи сверхмассивных черных дыр могут менять направление почти на 90 градусов.
«Мы обнаружили, что около трети лучей теперь направлены в совершенно иных направлениях, чем раньше», — заявил в своем заявлении руководитель группы Франческо Убертози из Болонского университета. «Эти черные дыры Звезды Смерти вращаются и указывают на новые цели, такие как вымышленная космическая станция в «Звездных войнах».
Связанный: Первое обнаружение «икающей» черной дыры привело к неожиданному открытию второй черной дыры, вращающейся вокруг нее
Команда следила за направлением, в котором сверхмассивные черные дыры направляли свои струи частиц высокой энергии, которые выбрасывались со скоростью, приближающейся к скорости света, когда они достигали расстояний во многие световые годы от своих источников. Они также использовали рентгеновские данные с Чандры, чтобы изучить две полости или «пузыри» в межзвездном газе, которые указывали направление, в котором струи стреляли миллионы лет назад. Сравнение двух наборов данных позволило им выяснить, как сверхмассивные черные дыры переориентировали свои струи.
Эта переориентация происходит в течение периода времени от одного миллиона лет до нескольких десятков миллионов лет. Это может показаться невероятно медленным, но, учитывая то, как долго существуют эти космические титаны, это относительно недолго.
«Учитывая, что этим черным дырам, вероятно, более 10 миллиардов лет, мы считаем, что большое изменение направления в течение нескольких миллионов лет будет быстрым», — сказал член команды и ученые Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института (CfA) Геррит Шелленбергер. «Изменение направления лучей гигантской черной дыры примерно за миллион лет аналогично изменению направления нового линкора за несколько минут».
Джеты, подобные тем, на которых сосредоточилась команда, занимавшаяся этим исследованием, создаются, когда сверхмассивные черные дыры окружены сплющенными облаками материи, называемыми аккреционными дисками. Эти пластины газа и пыли постепенно переносят материю в черную дыру, но не весь материал в них постигла такая участь.
Мощные магнитные поля вокруг сверхмассивных черных дыр направляют заряженные частицы к полюсам черных дыр, ускоряя их до скоростей, которые составляют значительную часть скорости света. Эти частицы выбрасываются двумя струями в противоположных направлениях от каждого из полюсов.
Когда они сталкиваются с горячим газом в окружающей их галактике, струи передают энергию, которая предотвращает охлаждение этого газа. Поскольку звезды образуются, когда галактический газ охлаждается и образует сверхплотные сгустки, которые разрушаются под действием собственной гравитации, этот процесс может прервать звездообразование в областях галактик. Если эти лучи проходят через галактики, меняя ориентацию, они увеличивают количество областей, в которых звездообразование может быть остановлено.
«Эти галактики слишком далеки, чтобы можно было сказать, повреждают ли лучи черных дыр Звезды Смерти звезды и их планеты, но мы уверены, что они в первую очередь предотвращают формирование многих звезд и планет», — член команды и исследователь CfA Юэн О. — сказал Салливан.
Исследователи также рассмотрели возможность того, что струи сверхмассивных черных дыр не совпадают с полостями, потому что газ кружится в галактических скоплениях почти как вино в бокале, которое кружат по кругу. Это выплескивание газа могло возникнуть в результате столкновения двух галактик в скоплении.
Команда, однако, исключила эту идею, поскольку такое сгущение наблюдается в скоплениях, в которых струи сверхмассивных черных дыр не совмещены с полостями, а также в скоплениях, в которых существует совпадение между ориентацией лучей и этими огромными газовыми пузырями.
Один вопрос, на который команда не смогла ответить, заключается в том, как эти сверхмассивные черные дыры вообще способны переориентировать свои струи. Сверхмассивные черные дыры вращаются, и их лучи должны совпадать с их осью вращения — воображаемой линией, которая также должна соединять полюса черной дыры.
Как упоминалось выше, материал, питающий черную дыру, также обеспечивает материю для джетов. Одна из возможностей заключается в том, что по мере вращения аккреционного диска вокруг черной дыры материя, падающая на него под разными углами, не параллельными диску, может сместить ось вращения черной дыры.
«Вполне возможно, что материал, быстро падающий к черным дырам под другим углом в течение достаточно долгого времени, будет перетаскивать их оси вращения в другом направлении, в результате чего лучи будут указывать в другом направлении», — сказал член команды и ученый CfA Ян Вртилек.
Исследование команды опубликовано в The Astrophysical Journal.
Первоначально опубликовано на Space.com.
