|
Когда ветры черной дыры подавят звездообразование
|
|
|
|
Благодаря программе рентгеновской визуализации и спектроскопии (XRISM), исследователи Мичиганского университета помогают раскрыть одну из космических загадок астрономии: в самых массивных галактиках Вселенной, по-видимому, отсутствуют звезды.
|
|
|
|
По сравнению с теоретическими ожиданиями, эти галактики содержат меньше звездной массы, чем предполагалось, что позволяет предположить, что что-то подавило звездообразование. Работая с данными, собранными космическим аппаратом XRISM, докторантка Калифорнийского университета Синь "Синди" Сян обнаружила доказательства, подтверждающие одно из объяснений этого несоответствия. А именно, в основе всего этого лежат черные дыры.
|
|
|
|
Черные дыры известны тем, что задерживают все, что оказывается слишком близко, включая безмассовые частицы света. Но за пределами этого порога огромная гравитация черной дыры может также создавать так называемый аккреционный диск, который испускает огромное количество света, включая рентгеновские лучи.
|
|
|
|
Диск представляет собой невероятно энергетическую среду, в которой черная дыра собирает и перемешивает падающие на нее газ и пыль. Трение и гравитация распыляют материал и могут даже отрывать электроны от этих атомов, создавая очень горячую и очень яркую плазму. Подобно бурлящему котлу, этот диск также может выбрасывать материал, создавая ветры такой силы, что они могут выдувать газ, необходимый галактикам для образования новых звезд.
|
|
|
|
|
|
|
Основываясь на том, что Сян увидел с помощью XRISM, миссии, возглавляемой Японским агентством аэрокосмических исследований в партнерстве с НАСА и Европейским космическим агентством, это объяснение подтвердилось.
|
|
|
|
"Ранее, без XRISM, мы могли видеть только общие характеристики выбросов", - сказал Сян. "Но вы должны уметь различать мелкие объекты, чтобы ответить на важные вопросы. Какова их структура и геометрия? Как запускаются ветра и когда они запускаются?"
|
|
|
|
XRISM, запущенный в 2023 году и начавший проводить наблюдения осенью 2024 года, уникально подходит для поиска ответов с энергетическим разрешением, которое примерно в 10 раз превышает показатели его предшественника.
|
|
|
|
Сян и ее коллеги использовали рентгеновский телескоп для изучения NGC 4151, особенно яркой галактики, расположенной чуть более чем в 50 миллионах световых лет от нас. В галактике есть так называемое активное галактическое ядро, или AGN, что означает, что в ее центре находится черная дыра, активно поглощающая вещество и создающая аккреционный диск, который является отличным местом для изучения этих ветров или потоков.
|
|
|
|
"С помощью рентгеновского телескопа XRISM мы получаем самое высокое разрешение при наблюдении ярчайшего звездного скопления и самую богатую информацию об оттоках, которые мы наблюдали до сих пор для аккреционного диска", - сказал Сян.
|
|
Отслеживание усиления ветра
|
|
|
|
Работая с Джоном Миллером, профессором астрономии Калифорнийского университета, Сян уже показал, что ветры внутри аккреционного диска NGC 4151 могут достигать необходимых скоростей для выброса материала. Она также смогла сосредоточиться на том, что в первую очередь вызывает ветры (по-видимому, это так называемое магнитоцентрифугальное движение, и оно похоже на то, что вызывает солнечные вспышки).
|
|
|
|
Выступая на 248-м заседании Американского астрономического общества в Пасадене, Калифорния, Сян рассказал о том, как анализировать данные рентгеновского излучения, чтобы определить, когда в NGC 4151 усиливаются ветра, формирующие галактику. Эти знания могли бы помочь астрономам предсказать, когда такие выбросы происходят в других галактиках, что привело бы к большему количеству наблюдений и более глубокому пониманию AGN по всей Вселенной.
|
|
|
|
Но ветры AGN очень изменчивы, и Сянгу пришлось разработать способ анализа данных XRISM, чтобы определить, когда дуют самые быстрые ветры, а когда они наиболее сильны. Ее метод включал изучение наблюдений NGC 4151 за сотни дней, поиск пиков яркости рентгеновского излучения или вспышек, а также того, как менялся сигнал в последующие часы.
|
|
|
|
В дополнение к яркости рентгеновского излучения, Сян проанализировал, насколько жесткими или мягкими были рентгеновские лучи, обнаруженные с помощью рентгеновского аппарата, что сродни цвету видимого света. Она объединила эти переменные в показатель, который назвала индексом интенсивности цвета, который Миллер предложил сократить до "синдицированности".
|
|
|
|
"Отчасти потому, что меня зовут Синди", - сказала Сян. "Но идея в том, что в будущем вы могли бы сообщить мне о местонахождении вашего источника в данный момент, и я могу сказать вам, какова вероятность того, что вы наблюдаете быстрый отток".
|
|
|
|
Сян обнаружил, что для NGC 4151 быстрые ветры были самыми сильными, когда рентгеновские лучи были резкими, но слабыми. Самые сильные ветры наблюдались не во время вспышек, а обычно примерно через 10 000 секунд — или чуть менее 3 часов — позже, что обеспечивает первую прямую временную связь с выбросами.
|
|
|
|
Источник
|
