|
Холодный газ питает черные дыры
|
|
|
|
Астрономы давно ломают голову над тем, как некоторые массивные галактики перестают образовывать звезды и остаются бездействующими в течение миллиардов лет — даже если они все еще содержат газ, который, в принципе, мог бы стать топливом для новых звезд.
|
|
|
|
Новое исследование редкого класса галактик, известных как "красные гейзеры", дает новое представление о том, как эти системы регулируют себя, показывая, что медленные, организованные потоки холодного газа могут питать центральные сверхмассивные черные дыры и поддерживать слабую обратную связь, которая препятствует звездообразованию.
|
|
|
|
Красные гейзеры составляют всего около 6-8% близлежащих неподвижных галактик, но они привлекают все большее внимание из-за своих необычных характеристик. Впервые обнаруженные в данных Sloan Digital Sky Survey, составивших карту близлежащих галактик в обсерватории Apache Point (SDSS-IV MaNGA), эти галактики демонстрируют слабые протяженные потоки ионизированного газа, простирающиеся на десятки тысяч световых лет.
|
|
|
|
"Считается, что эти ветры галактического масштаба являются признаками активности сверхмассивной черной дыры в центре", - сказал Ариан Могни, студент третьего курса, изучающий астрофизику в Калифорнийском университете в Санта-Крузе.
|
|
|
|
"Загадка заключается в том, как эти черные дыры получают свое топливо. Предыдущие исследования показали признаки поступления газов, но источник этих газов и их связь со сверхмассивной черной дырой были недостаточно изучены".
|
|
|
|
|
|
|
Могни является ведущим автором исследования, которое находится на рассмотрении в Astrophysical Journal и было представлено 8 января на ежегодном собрании Американского астрономического общества в Финиксе.
|
|
Исследование притока холодного газа
|
|
|
|
Чтобы исследовать это, Могни и его соавторы изучили, как холодный нейтральный газ перемещается внутри 140 галактик с красными гейзерами, наблюдаемых в ходе исследования MaNGA survey, которое использует подробные спектроскопические измерения для составления карт движения целых галактик. Команда ученых сосредоточилась на спектральной характеристике, известной как линия поглощения натрия D (Naid), которая является надежным индикатором относительно холодного газа при температурах примерно от 100 до 1000 Кельвинов.
|
|
|
|
Моделируя эти спектральные линии в каждой галактике, исследователи измерили как скорость, так и степень хаотического движения в холодном газе. Вместо того, чтобы падать внутрь и выходить наружу, как в дисковых структурах, команда обнаружила, что большинство этих газов медленно дрейфуют внутрь, к центру галактики, со скоростью около 47 километров в секунду, что согласуется с более ранними исследованиями.
|
|
|
|
Удивительно, но это движение внутрь происходит намного медленнее, чем ожидалось: газ движется всего лишь со скоростью, составляющей около 10% от скорости, которую он достиг бы, если бы свободно падал под действием силы тяжести. Газ также, по-видимому, движется необычно упорядоченно. Ее случайные движения намного слабее, чем у окружающих звезд, что указывает на то, что холодный газ течет согласованно, а не подвергается сильному перемешиванию или разрушению.
|
|
Мы связываем приток газа с активностью черной дыры
|
|
|
|
Исследование также выявило четкую связь между притоком газа и активностью черных дыр. Около 30% галактик в выборке обнаружены в радиочастотном диапазоне, что свидетельствует о продолжающейся активности их центральных сверхмассивных черных дыр. В этих системах с радиодетекцией наблюдается значительно больший приток холодного газа - примерно на треть больше по площади, чем в красных гейзерах без радиоизлучения.
|
|
|
|
"Действительно интересно наблюдать, насколько тесно приток холодного газа связан с активностью сверхмассивной черной дыры", - сказал Могни. "Этот газ, по-видимому, направляется к центру галактики, где он может помочь подпитывать и поддерживать активность черной дыры".
|
|
|
|
Еще более существенные различия проявляются, если принять во внимание окружение галактик. Красные гейзеры, которые демонстрируют признаки взаимодействия с ближайшими спутниками или свидетельства прошлых незначительных слияний, содержат гораздо большие запасы газа, чем изолированные системы.
|
|
|
|
Во взаимодействующих галактиках площадь, покрытая падающим холодным газом, в среднем примерно в 2,5 раза больше, чем в красных гейзерах, которые, по-видимому, находятся в одиночестве. Это открытие указывает на взаимодействие галактик как на ключевой механизм пополнения запасов газа.
|
|
|
|
"Незначительные слияния и взаимодействия являются эффективным процессом дозаправки", - сказал Могни. "Они доставляют холодный газ, который попадает в черную дыру и питает ее, что затем может позволить ей продолжать подавлять звездообразование в течение длительного времени".
|
|
Последствия для эволюции галактик
|
|
|
|
В совокупности полученные результаты подтверждают циклическую модель того, как красные гейзеры — и, возможно, другие покоящиеся галактики — сохраняют свой спящий статус. Газ, направляемый внутрь под действием взаимодействий и внутренних процессов, оседает в центре галактики, где он подпитывает низкоуровневую активность черных дыр.
|
|
|
|
Эта активность затем порождает обратную связь, способную подавить образование новых звезд. Со временем этот цикл позволяет массивным галактикам оставаться в основном неактивными, даже при наличии необходимых компонентов.
|
|
|
|
Непосредственно прослеживая движение холодного газа по целым галактикам, исследование предоставляет редкие наблюдательные свидетельства этого хрупкого равновесия в действии. Это также подчеркивает ценность крупных исследований с пространственным разрешением, таких как SDSS-IV MaNGA, которые позволяют астрономам с беспрецедентной детализацией связать активность черных дыр, газодинамику и галактическую среду.
|
|
|
|
Источник
|
