Сверхмассивная чёрная дыра блокирует формирование звёзд в далёком галактическом скоплении

В 3,9 млрд световых лет от нас рентгеновский телескоп «Чандра» и оптический «Хаббл» нашли довольно необычную чёрную дыру, располагающуюся в галактическом скоплении RX J1532.9+3021. Само по себе скопление «тянет» на примерно квадриллион масс Солнца, а в его центре находится большая эллиптическая галактика с закономерно ожидаемой СМЧД.

...Вот только концентрация горячего газа в центре скопления необычайно велика. И это странно: когда газ светится в рентгеновском диапазоне, он довольно быстро охлаждается, и чем ближе центру — тем быстрее. После этого давление в холодном газе в центре скопления должно упасть, а газ в связи с этим должен «уплотниться» и принять живейшее участие в звездообразовании. Словом, — в зарегистрированных в RX J1532 концентрациях он должен создать буквально триллионы звёзд.

Пурпурным показан снимок рентгеновского телескопа, жёлтым — оптического. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Но никаких следов бурного звездообразования не видно — хотя это галактическое скопление довольно неплохо изучено. Такие ситуации уже наблюдались, однако в случае RX J1532 отклонения от «нормального» сценария одни из самых значительных. Газ в центре скопления особенно плотен, а новые звёзды, по сути, не образуются. И это привлекло внимание группы учёных во главе с Жюли Главачек-Ларрондо (Julie Hlavacek-Larrondo) из Стэнфордского университета (США).

Что именно блокирует формирование светил? Снимки в рентгеновском диапазоне показывают в районах, занятых горячим газом с двух сторон от центральной галактики, две большие полости. Их расположение соотносится с релятивистскими струями, исходящими из СМЧД этой галактики и видными в радиодиапазоне. Напрашивается такое предположение: скоростные струи, выбрасываемые из аккреционного диска чёрной дыры, выталкивали газ из районов пустот, и именно чёрной дыре обе полости обязаны своим существованием.

Но этим дело не кончилось. Ударные волны от расширения упомянутых полостей продолжают циркулировать через горячий газ в центре скопления, и несмотря на то, что газ этот активно теряет энергию с рентгеновским излучением, подогрев ударными волнами от релятивистских струй пока сильнее и не даёт газу ни остыть, ни тем более принять участие в звездообразовании.

Итак, преступник, стопорящий звездообразование, найден. Остался последний вопрос: как это у него получается? Чистая арифметика: обе полости в газе, созданные струями, в поперечнике имеют 100 000 световых лет, и это видимая часть нашей собственной Галактики, Млечного Пути. Чтобы образовать такие полости, нужна огромная энергия — в сравнении с другими районами Вселенной просто невероятная. Пресловутые полости сходной природы в Персее подпитывались вдесятеро более скудным энергоисточником, а около нашей Галактики и вовсе найти что-то сравнимое не получится.

Между тем, чтобы эту энергию «выдавал» материал аккреционного диска, надо, чтобы в него падало очень много материи, затем поглощаемой ЧД. А следов такого поглощения как раз и нет: яркого свечения в рентгеновском диапазоне из района СМЧД не исходит.

Есть два варианта, которые могли бы объяснить мощные релятивистские струи от СМЧД без активного поглощения ею сторонней материи. Первый: ЧД не сверх-, а ультрамассивна — тяжелее 10 млрд солнечных масс, то есть в тысячи раз массивнее СМЧД в центре Млечного Пути. Да, такие монстры случаются.

Размеры полостей необычайно велики, что указывает на огромную энергию релятивистских струй.

Вторая версия: СМЧД скромна по массе, всего лишь порядка миллиарда Солнц, зато сверхбыстро вращается. Тогда она поглощает не так много материи, но энергия её релятивистских струй всё равно может быть огромной, чтобы обеспечить подогрев ударными волнами газа в центре скопления, достаточного для блокирования звездообразования.

Правда, несколько усложняет картину то, что если одна из полостей соответствует направлению релятивистских струй идеально, то вторая слегка отклоняется от него. Тут может быть такое объяснение: она порождена сравнительно давним выбросом из окрестностей СМЧД, и та, соответственно, периодически кренится, как вращающийся волчок перед остановкой после потери энергии вращения. Насколько это соответствует действительности и не вызвано ли смещение второй полости какими-то внешними воздействиями, может проясниться лишь после дополнительных исследований.

Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Chandra X-ray Center.