В концепции этого художника изображена сверхмассивная черная дыра, окруженная вращающимся диском материала, падающего на нее. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Процесс происходит в ядрах активной зоны. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, сдувается излучением черная дырааккреционный диск, образующий огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет.
Черные дыры могут вытеснить в тысячу раз больше материи, чем захватить. Механизм, который управляет как выбросом, так и захватом, – это аккреционный диск, огромная масса газа и пыли, вращающаяся по спирали вокруг черной дыры с чрезвычайно высокой скоростью. Диск горячий и излучает свет, а также другие формы электромагнитного излучения. Часть вращающейся по орбите материи тянется к центру и исчезает за горизонтом событий, порогом, за которым не могут выйти ни материя, ни свет. Другая, гораздо большая, часть выдвигается дальше под давлением излучения, испускаемого самим диском.
Считается, что каждая галактика имеет в центре сверхмассивную черную дыру, но не все галактики имеют или все еще имеют аккреционные диски. Те, что есть, известны как активные галактики из-за их активных галактических ядер. Традиционная модель предполагает две фазы материи, которая накапливается в центральной области активной галактики: высокоскоростной поток ионизированного газа, извергнутый ядром, и более медленные молекулы, которые могут течь в ядро.
Процесс происходит в активных ядрах галактик. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, уносится излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет (изображение галактики NGC 4151 (слева), крупным планом центральной области (справа). Центральный круг на правом изображении ограничивает область истечения, из которой выбрасываемый газ распространяется с высокой скоростью на значительное расстояние. Фото: Адам Блок / Университет Аризоны и Джуди Шмидт
Новая модель, объединяющая две фазы в один сценарий, была предложена Дэниелом Мэй, научным сотрудником Института астрономии, геофизики и атмосферы (IAG-USP) Университета Сан-Паулу в Бразилии. «Мы обнаружили, что молекулярная фаза, которая, похоже, имеет совершенно другую динамику, чем ионизированная фаза, также является частью оттока. Это означает, что гораздо больше материи уносится из центра, и активное ядро галактики играет гораздо более важную роль в структурировании галактики в целом », – сказала Мэй Агенсии FAPESP.
В журнале была опубликована статья об исследовании Мэй и соавторов. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. Исследование было поддержано FAPESP в виде докторской и постдокторской стипендий, присужденных Мэй. Жоао Штайнер, профессор IAG-USP и соавтор статьи, руководил докторскими и постдокторскими исследованиями Мэй.
Мэй определил эту закономерность на основе исследования двух активных галактик: NGC 1068, которую он исследовал в 2017 году, и NGC 4151, которую он исследовал в 2020 году. NGC означает Новый Общий каталог туманностей и скоплений звезд, созданный в конец девятнадцатого века.
Аккреционный диск (фиолетовый, вне шкалы). Процесс происходит в ядрах активной зоны. Облако молекулярного газа, которое скапливается в центральной области, сдувается излучением аккреционного диска черной дыры, образуя огромный расширяющийся горячий пузырь, радиус которого может достигать 300 световых лет. Предоставлено: Дэниел Мэй.
«Используя очень тщательную методологию обработки изображений, мы выявили один и тот же узор в двух очень разных галактиках. Сегодня большинство астрономов заинтересованы в изучении очень больших наборов данных. Наш подход был противоположным. Мы исследовали индивидуальные характеристики этих двух объектов почти вручную, – сказал Мэй.
«Наше исследование предполагает, что первоначально облако молекулярного газа в центральной части галактики коллапсирует и активирует свое ядро, образуя аккреционный диск. Фотоны, испускаемые диском, температура которого достигает порядка миллиона градусов, выталкивают большую часть газа далеко наружу, в то время как меньшая часть газа поглощается диском и в конечном итоге погружается в черную дыру. Когда облако всасывается в диск, формируются две различные фазы: одна ионизируется из-за воздействия на диск, а другая является молекулярной и затмевается его излучением. Мы обнаружили, что молекулярная часть полностью связана с ионизированной частью, которая известна как отток. Мы смогли связать две фазы газа, которые ранее считались отключенными, и подогнать их морфологию в один сценарий ».
Мэй объяснил, что ионизированный газ образуется в результате фрагментации этого молекулярного газа. Когда он фрагментируется, он выталкивается дальше в расширяющемся горячем пузыре, который может достигать 300 световых лет в радиусе. Для сравнения стоит вспомнить, что это почти в 70 раз больше расстояния от Земли до Проксимы Центавра, ближайшей звезды к Солнечной системе.
«Когда мы наблюдаем центральные области этих двух галактик, мы видим этот огромный пузырь в профиль, очерченный его стенками из молекул», – сказал Мэй. «Мы видим фрагменты стен и вытеснение ионизированного газа. Аккреционный диск выглядит как очень яркое пятно. Вся информация, которая доходит до нас, соответствует пикселю, поэтому у нас недостаточно разрешения, чтобы различить его возможные части. О черной дыре известно только по ее воздействию ».
В древней Вселенной было гораздо больше доступного газа, поэтому эффект от процесса, подобного описанному им, был более интенсивным, объяснил Мэй. То, что он наблюдал в относительно близких галактиках, таких как NGC 1068 и NGC 4151, представляет собой умеренную форму процесса, происходившего в более далеких галактиках, чьи активные ядра в далеком прошлом теперь обнаруживаются как квазары.
Ссылка: «Ядерная архитектура NGC 4151: на пути к универсальному механизму оттока в свете NGC 1068», автор: Д. Мэй, Дж. Э. Штайнер, Р. Б. Менезес, Д. Р. Уильямс, Дж. Ван, 4 июня 2020 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093 / mnras / staa1545
