Астрономы, возможно, раскрыли причину, по которой струи некоторых сверхмассивных черных дыр имеют необычно малую протяженность. Новое исследование редкого типа галактик, известных как компактные симметричные объекты (CSO), показывает, что их короткоживущие джеты питаются не постоянной аккрецией, а единичными катастрофическими событиями — разрывами массивных звезд.
Основное изображение: Художественное представление сверхмассивной черной дыры, разрывающей и поглощающей звезду. Врезка: Изображение, полученное методом сверхдлинной базовой интерферометрии, показывает две сверхмассивные черные дыры в центре галактики. Черная дыра справа недавно поглотила звезду, что привело к вспышке активности.
Исследование предполагает, что в центрах этих редких галактик находятся «спящие» сверхмассивные черные дыры. Они ненадолго пробуждаются, когда массивная звезда подходит слишком близко и разрушается под действием чудовищной гравитации. Этот процесс, известный как событие приливного разрушения (TDE), создает короткоживущие, но мощные струи материи, которые и наблюдаются как CSO.
В чем уникальность компактных симметричных объектов?
CSO — это активные галактики, испускающие две противоположные струи (джеты) с релятивистскими скоростями, подобно более известным активным ядрам галактик (АЯГ). Однако между ними есть ключевое отличие: если джеты классических АЯГ могут растягиваться на сотни тысяч световых лет, то джеты CSO редко превышают 1500 световых лет в длину.
Ранее короткую длину объясняли молодостью этих объектов. Однако команда ученых под руководством исследователей из Калифорнийского технологического института пришла к выводу, что дело не в возрасте, а в принципиально ином механизме и коротком жизненном цикле.
Два года поисков и анализ данных
Чтобы понять природу CSO, команда во главе с Ридхедом проанализировала исторические данные и современные наблюдения, в том числе с массива радиотелескопов со сверхдлинной базой (VLBA). «Наблюдения VLBA — это самые детальные наблюдения в астрономии, позволяющие получать изображения столь же детальные, как измерение ширины человеческого волоса на расстоянии 100 миль», — пояснил Ридхед.
Из 3000 кандидатов ученые подтвердили 64 CSO и открыли 15 новых. Анализ показал, что эти галактики испускают струи всего около 5000 лет — мгновение по космическим меркам, — после чего активность затухает. «Самолет CSO очень активен, но, похоже, он останавливается, — сказал соавтор исследования Викрам Рави. — Поток воды из источника прекращается».
Звездная «спагеттификация» как источник топлива
Художественное представление события приливного разрушения: звезда (на переднем плане) разрывается на части гравитацией сверхмассивной черной дыры (Изображение предоставлено: ESO/М. Корнмессер).
Исследователи считают, что источником энергии для джетов CSO служат именно события приливного разрушения. Когда звезда приближается к черной дыре, колоссальные приливные силы растягивают ее в длинную нить материи — этот процесс называют «спагеттификацией». Часть этого звездного вещества образует аккреционный диск и постепенно поглощается черной дырой, а часть с огромной скоростью выбрасывается вдоль полюсов черной дыры, формируя джеты.
Обратите внимание: Почему туманность Кошачий Глаз — самая изученная и самая непонятная?.
«Мы думаем, что звезда разрывается на части, и вся ее энергия направляется в струю, — объяснил Ридхед. — Гигантская черная дыра сначала невидима, но потом она поглощает звезду, и тогда БУМ! У черной дыры есть топливо, и мы можем ее увидеть».
Изображение VLBA двух сверхмассивных черных дыр. Одна из них (объект J0405+3803a) является CSO, недавно поглотившим звезду (Изображение предоставлено: HL Maness/Grinnell College).
Эволюция CSO и редкие долгожители
Ученым удалось создать своеобразный «космический семейный альбом», проследив эволюцию CSO. Молодые объекты имеют короткие джеты близко к черной дыре, а более старые — длинные, уходящие дальше в космос.
Подавляющее большинство CSO исчезают, когда «топливо» из разрушенной звезды заканчивается. Однако около 1% таких событий могут перерасти в долгоживущие. Исследователи предполагают, что это происходит, когда черная дыра получает дополнительное «питание» — например, в результате слияния галактик, которое поставляет новый газ и пыль. Такие объекты могут эволюционировать в блазары, подобные знаменитому Лебедю А.
Две мощные струи, исходящие из центра галактики Лебедь А — пример долгоживущего активного ядра, который мог начаться как CSO.
Подтверждение старой гипотезы
Полученные данные подтверждают теорию, которую Ридхед впервые выдвинул еще в 1990-х годах, когда было известно лишь три CSO. Тогда идея не получила широкого признания. «Прошло много лет, прежде чем наблюдательные данные о TDE начали накапливаться, поэтому гипотеза была в значительной степени забыта», — сказал ученый.
Теперь открывается новая глава в изучении сверхмассивных черных дыр. «Эти объекты представляют собой другую популяцию с уникальным происхождением, — заключил Ридхед. — Теперь, когда мы можем изучать их в масштабе лет и десятилетий, а не миллионов лет, открылась дверь в совершенно новую лабораторию для исследований».
Космическая Вселенная Черная Дыра Длинный Столб 4
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Почему струи некоторых сверхмассивных черных дыр такие короткие? Астрономы, возможно, раскрыли этот случай.