Сверхмассивные черные дыры вызывают у астрономов всего мира вопросы, на которые нет ответов, и не последний из них — «Как они становятся такими большими?«. Теперь международная группа астрономов, включая исследователей из Технологического университета Чалмерса (Швеция), обнаружила мощный вращающийся магнитный ветер, который, по их мнению, помогает центральной сверхмассивной черной дыре в галактике 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.
В центре большинства галактик, включая наш 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 галактике.
«Поскольку эта галактика очень 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 или уже собирающейся расти сверхмассивной черной дырой«.
«С помощью ALMA мы смогли изучить свет, идущий за толстыми слоями пыли и газа«, — говорит Аалто, профессор радиоастрономии в Технологическом университете Чалмерса.
Чтобы проследить за плотным газом как можно ближе к центральной черной дыре, ученые изучали свет от молекул цианистого водорода (HCN). Благодаря способности ALMA получать изображение мелких деталей и отслеживать движение газа — используя эффект 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 добавляет еще один процесс, который может питать черную дыру и способствовать ее росту.
«Мы видим, как ветры образуют спиралевидную структуру, выходящую из центра галактики. Когда мы измерили вращение, массу и скорость материала, вытекающего наружу, мы с удивлением обнаружили, что можем исключить многие причины, объясняющие силу ветра, например, звездообразование«.
«Вместо этого поток наружу может быть вызван притоком газа и, похоже, удерживается вместе магнитными полями«, — говорит Аалто.
Ученые полагают, что вращающийся магнитный ветер помогает черной дыре расти.
Прежде чем попасть внутрь черной дыры, вещество проходит вокруг нее, как вода вокруг водостока. Материя, приближающаяся к черной дыре, собирается в хаотичный, вращающийся диск. Там возникают и усиливаются магнитные поля. Магнитные поля помогают уносить материю из галактики, создавая спиральный ветер. Потеря материи в этом ветре также замедляет вращение диска, что означает, что материя может легче втекать в черную дыру, превращая струйку в поток.
По мнению 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, подобно ветру 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 Горски.
Может ли это открытие стать ключом к разгадке тайны того, как растут сверхмассивные черные дыры? В будущем Горски, 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 Горски.
