Найбільші галактики у Всесвіті не народжують нові зірки в тому обсязі, якого від них варто було б очікувати. Щось заважає цьому процесу. І нове дослідження за допомогою телескопа XRISM, схоже, дає відповідь.
Винуватцями є вітри чорних дір.
Ці надмасивні гравітаційні якорі зазвичай привертають всю увагу ЗМІ своїм прагненням затягувати все підряд. Однак вони відштовхують із тією ж силою. Дослідники з університету Мічігану виявили, що потужні викиди речовини, що витікають від чорних дірок, видмухують у космос сировину, необхідну для народження зірок.
Згідно з сучасними теоріями, гігантські галактики мають бути переповнені зоряною масою набагато більше, ніж це спостерігається насправді. Маса «бракує». Куди вона поділася? Вона була викинута у глибини космосу.
Що бачить XRISM
XRISM – це місія з рентгенівської візуалізації та спектроскопії. Керівництво проектом здійснює Японське аерокосмічне агентство (JAXA) за підтримки партнерів із NASA та ESA. Запуск відбувся у 2023 році, а активні спостереження розпочалися наприкінці 2024 року.
Це не просто поновлення телескопічного обладнання. Роздільна здатність енергії тут приблизно в десять разів вище, ніж у інструментів попереднього покоління.
До появи XRISM? Ми могли бачити лише загальні контури потоків газу. Тепер ми можемо вирішувати тонкі структури. Тепер ми бачимо їхню геометрію.
Синь «Сінді» Сян, аспірантка університету Мічігану, скористалася цією новою чіткістю зображень для вивчення NGC 4151 — яскравого активного галактичного ядра, що знаходиться в більш ніж 50 мільйонах світлових років від нас. У його серці знаходиться надмасивна чорна діра, що жадібно поглинає речовину. Процес поглинання нагріває газ до стану плазми та формує навколо дірки яскравий акреційний диск.
«Яка їхня структура та геометрія? Як і коли запускаються ці вітри?
Саме на ці запитання стара техніка дати відповіді не могла. XRISM – може.
Механізм дії
Ці вітри не випадкове явище. Вони, мабуть, приводяться в дію магнітно-відцентровими силами. Уявіть сонячні спалахи, але в космічному масштабі. Диск, що обертається, діє як рогатка, викидаючи іонізований газ з центру з величезною швидкістю.
Якщо ці вітри досить швидкі, вони очищають околиці. Газ зникає — і зіркам нема з чого формуватися.
Раніше Сян і професор Джон Міллер показали, що ці вітри в NGC 4152 (ймовірно, друкарська помилка в оригіналі, мається на увазі NGC 4151) можуть досягати швидкостей, достатніх для повного подолання гравітаційного тяжіння галактики. Нове дослідження точно визначає, коли саме вони включаються.
Відстеження «Cindicity»
Тепер справа стає складнішою.
Поведінка чорних дірок не статична — вона змінюється. Сян витратила час на аналіз сотень днів даних XRISM, отриманих при спостереженні за NGC 4115 (знову ж таки, в оригіналі, ймовірно, мається на увазі NGC 4151). Вона відстежувала коливання яскравості рентгенівського випромінювання, придивляючись до спалахів. Потім вона оцінила «колір» випромінювання. Не у звичному візуальному сенсі, а за рівнем енергії: «жорсткі» або «м’які» рентгенівські промені.
Вона поєднала ці чинники в єдиний метричний показник. Суміш яскравості та енергії.
Міллер запропонував скоротити назву до “cindicity” (синдицидність). Частково тому, що її ім’я – Сінді. І тому, що це звучить незвичайно. Ідея спрацювала.
«Якщо ви мені скажете рівень cindicity, я зможу сказати, чи бачите ви швидкий вихідний потік вітру.»
У цьому полягає його користь. Більше не потрібно місяцями проводити спостереження. Досить зробити знімок, виміряти індекс та зрозуміти, що робить чорна дірка зі своїми викидами.
Затримка
Ось тут криється сюрприз.
Найсильніші вітри відбуваються не під час найяскравішого спалаху.
Сян виявила затримку. Найшвидші потоки прибували приблизно на 10 000 секунд пізніше. Це близько трьох годин. Спочатку рентгенівське випромінювання ставало жорстким і тьмяним, і тільки після цього здіймався вітер.
Це перший прямий тимчасовий зв’язок між світлом, яке ми бачимо, і газом, яке, як ми підозрюємо, відлітає геть.
Чому саме три години? Чому не нуль? Можливо, механізм потребує часу на «підзарядку». Або енергія накопичує тиск, перш ніж подолати поверхневий натяг.
Тепер у нас є годинник. Нам залишається лише дочекатися наступного «цокання», щоб перевірити, чи цей час збігається в інших галактиках. Якщо це так, наші моделі еволюції галактик стануть набагато менш теоретичними та точнішими.
Але зачекайте. Чи універсальний цей процес? Чи так любить грати тільки NGC 4151?
