Самые крупные галактики во Вселенной не рожают новые звёзды в том объёме, которого от них следовало бы ожидать. Что-то мешает этому процессу. И новое исследование с помощью телескопа XRISM, похоже, даёт нам ответ.
Виновниками являются ветра чёрных дыр.
Эти сверхмассивные гравитационные якоря обычно привлекают всё внимание СМИ своим стремлением затягивать в себя всё подряд. Однако они отталкивают с той же силой. Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что мощные выбросы вещества, истекающие от чёрных дыр, выдувают в космос сырьё, необходимое для рождения звёзд.
Согласно современным теориям, гигантские галактики должны быть переполнены звёздной массой гораздо больше, чем это наблюдается на самом деле. Масса «недостает». Куда она делась? Она была выброшена в глубины космоса.
Что видит XRISM
XRISM — это миссия по рентгеновской визуализации и спектроскопии. Руководство проектом осуществляет Японское аэрокосмическое агентство (JAXA) при поддержке партнёров из NASA и ESA. Запуск состоялся в 2023 году, а активные наблюдения начались в конце 2024 года.
Это не просто обновление телескопического оборудования. Разрешающая способность по энергии здесь примерно в десять раз выше, чем у инструментов предыдущего поколения.
До появления XRISM? Мы могли видеть лишь общие очертания потоков газа. Теперь мы можем разрешать тонкие структуры. Теперь мы видим их геометрию.
Синь «Синди» Сян, аспирантка Мичиганского университета, воспользовалась этой новой четкостью изображений для изучения NGC 4151 — яркого активного галактического ядра, находящегося в более чем 50 миллионах световых лет от нас. В его сердце находится сверхмассивная чёрная дыра, жадно поглощающая вещество. Процесс поглощения нагревает газ до состояния плазмы и формирует вокруг дыры яркий аккреционный диск.
«Какова их структура и геометрия? Как и когда запускаются эти ветры?»
Именно на эти вопросы старая техника дать ответ не могла. XRISM — может.
Механизм действия
Эти ветры — не случайное явление. Они, по-видимому, приводятся в действие магнитно-центробежными силами. Представьте себе солнечные вспышки, но в космическом масштабе. Вращающийся диск действует как рогатка, выбрасывая ионизированный газ из центра с огромной скоростью.
Если эти ветры достаточно быстры, они очищают окрестности. Газ исчезает — и звездам не из чего формироваться.
Ранее Сян и профессор Джон Миллер показали, что эти ветры в NGC 4152 (вероятно, опечатка в оригинале, имеется в виду NGC 4151) могут достигать скоростей, достаточных для полного преодоления гравитационного притяжения галактики. Новое исследование точно определяет, когда именно они включаются.
Отслеживание «Cindicity»
Теперь дело становится сложнее.
Поведение чёрных дыр не статично — оно меняется. Сян потратила время на анализ сотен дней данных XRISM, полученных при наблюдении за NGC 4115 (опять же, в оригинале, вероятно, имеется в виду NGC 4151). Она отслеживала колебания яркости рентгеновского излучения, присматриваясь к вспышкам. Затем она оценила «цвет» излучения. Не в привычном визуальном смысле, а по уровню энергии: «жёсткие» или «мягкие» рентгеновские лучи.
Она объединила эти факторы в единый метрический показатель. Смесь яркости и энергии.
Миллер предложил сократить название до «cindicity» («синдицидность»). Отчасти потому, что её имя — Синди. А также потому, что это звучит необычно. Идея сработала.
«Если вы мне скажете уровень cindicity, я смогу сказать, видите ли вы быстрый исходящий поток ветра.»
В этом и заключается его польза. Больше не нужно месяцами проводить наблюдения. Достаточно сделать снимок, измерить индекс и понять, что делает чёрная дыра со своими выбросами.
Задержка
Вот здесь кроется сюрприз.
Сильнейшие ветры происходят не во время самой яркой вспышки.
Сян обнаружила задержку. Самые быстрые потоки прибывали примерно на 10 000 секунд позже. Это около трёх часов. Сначала рентгеновское излучение становилось жёстким и тусклым, и только после этого поднимался ветер.
Это первая прямая временная связь между светом, который мы видим, и газом, который, как мы подозреваем, улетает прочь.
Почему именно три часа? Почему не ноль? Возможно, механизму требуется время на «подзарядку». Или энергия накапливает давление, прежде чем преодолеть поверхностное натяжение.
Теперь у нас есть часы. Нам остаётся лишь дождаться следующего «тиканья», чтобы проверить, совпадает ли это время в других галактиках. Если это так, наши модели эволюции галактик станут гораздо менее теоретическими и более точными.
Но подождите. Универсален ли этот процесс? Или так любит «играть» только NGC 4151?
