«Космическая юла» поможет ученым объяснить происхождение галактик

Найдена черная дыра, вращающаяся волчком и меняющая ориентацию оси вращения. Открытие «космической юлы» позволит лучше понять происхождение галактик.

Сообщение о необычном объекте появилось на страницах журнала The Astrophysical Journal Letters. В аннотации к своей статье астрономы из университета Мэриленда и исследовательского центра ВМС США в Вашингтоне указали, что обнаружить подобные черные дыры удалось впервые. Хотя именно такими объектами ранее и пытались объяснить X-образную форму некоторых галактик.

Как обнаружили?

Саму по себе черную дыру увидеть нельзя. Свет или иное излучение покинуть ее не может (отсюда и название), поэтому остается только искать связанные с поглощением вещества черной дырой эффекты. Какие?

 

Джет как он есть - выброс плазмы из ядра галактики М87, длина 5000 световых лет. Масса расположенной там

черной дыры оценивается в несколько миллиардов масс Солнца.
Источник: NASA

 

 

Прежде всего— по выбросу вещества. Да, это не ошибка, хотя на первый взгляд предыдущие две фразы про поглощение и выброс материи противоречат друг другу. Межзвездный газ, падающий в черные дыры, падает не равномерно со всех сторон, а закручиваясь в диск. Чем ближе черная дыра, тем больше скорость движения частиц газа и больше концентрация частиц, газ начинает сжиматься и за счет этого греться.

Нагрев приводит к росту температур до такой степени, что внутренние области аккреционного (от латинского accrti, приращение) диска начинают ярко светится, а к черной дыре приближается уже не газ, а раскаленная плазма. Плазма, в свою очередь, по своим свойствам отличается от обычного вещества и, в частности, обладает способностью изменять направление своего движения в магнитном поле.

Черная дыра "за обедом" - материя из расположенной неподалеку звезды перетекает в аккреционный диск и отчасти сбрасывается через джеты (вертикальные струи). Рисунок.
Источник: NASA

 

 

Магнитные поля в окрестностях черных дыр в результате выбрасывают часть плазмы обратно, причем с очень высокими скоростями, вплоть до околосветовых. Вдоль оси вращения аккреционного диска вытягивается шлейф, называемый астрономами джетом (в переводе с английского— просто струя). Наличие джетов практически однозначно указывает на черные дыры в ядрах галактик, и именно их-то и засекли американские исследователи на рентгеновских снимках с космической обсерватории «Чандра».

Черные дыры и темная материя— как узнать их при встрече?

 

На всякий случай приведем перечень примет, по которым читатель сможет опознать черную дыру или скопление темной материи. Ученые используют три способа:

• Искажение перспективы. Если звезды на заднем плане вдруг стали выглядеть так, будто на них смотрят через увеличительное стекло, это признак того, что лучи света отклоняет что-то очень тяжелое и при этом невидимое. Таким методом, кстати, можно найти не только скопления темной материи, но даже планеты в другой галактике!

• Движение предметов вокруг. Если какой-то объект (обычно звезды и межзвездный газ, подручные предметы использовать неудобно) начинает двигаться по эллиптической орбите, то это указывает на наличие в фокусе эллипса массивного тела. Этот метод позволил открыть темную материю как таковую.

 

• Скопление материи там, где ее нечем удерживать. Темную материю можно засечь по облакам раскаленной плазмы, которые иначе бы разлетелись в разные стороны.

Космическая юла

Астрономы обратили внимание на то, что галактика, обозначенная в каталогах как 4C +00.58, выглядит не совсем обычным образом. Рентгеновские снимки, на которых особенно четко виден раскаленный газ (который и интересовал ученых— как «продукт жизнедеятельности» черной дыры), указали на то, что джет этой галактики выглядит далеко не узкой струей.

Полноразмерная версия изображения, использованного для главной иллюстрации статьи. Слева изображение в видимом свете, справа же рентгеновский (синий) снимок наложен на радиоизображение (оранжевое).
Источник: Chandra X-Ray Observatory

 

 

Уже неоднократно обнаруживаемые ранее исследователями черные дыры давали иную картину. И детальный анализ полученных снимков показал, что широкий след обусловлен довольно простым явлением— ось вращения аккреционного диска и самой черной дыры «гуляет» из стороны в сторону. В механике такой феномен называется прецессией, а наблюдать его можно на примере волчка или юлы, ось вращения которых сама описывает окружности.

На полученных астрономами изображениях удалось заметить, что широкая полоса на самом деле является двумя полыми конусами. Именно такая структура объясняется периодическим изменением ориентации оси вращения черной дыры: исследователи получили опытное подтверждение того, что ранее предсказанные объекты существуют на самом деле.

Что дальше?

Черные дыры в центре галактик оказывают существенное влияние на их эволюцию. Джеты от массивной черной дыры могут «пробивать» сотни и даже тысячи световых лет, оказывая пагубное влияние на звездные системы, а выделяемая аккреционным диском энергия напрямую определяет светимость галактического ядра.

Изучение черных дыр— в том числе необычных— позволит ученым лучше понять, как формируются и меняются со временем галактики.