Открытие странной особенности черных дыр заставило астрономов переосмыслить структуру Вселенной

Массивные струи вещества, вырывающиеся из черной дыры, затмевают даже самые крупные галактики. Астрономы наблюдали пару массивных струй, вылетающих из сверхмассивной черной дыры, расположенной в 7,5 миллиарда световых лет от Земли. Согласно новым исследованиям, мегаструктура простирается на 23 миллиона световых лет в длину, что делает эти черные дыры самыми крупными из когда-либо виденных.

фото: nasa.gov

Черные дыры рассматриваются как мусорные свалки Вселенной, поглощающие почти все, что оказывается с ними, рассказывает CNN. Но перед падением объекта в черную дыру выбрасывается часть вещества, образуя струю по обе стороны от черной дыры, говорит Мартин Оэй, научный сотрудник Калифорнийского технологического института и ведущий автор нового исследования, описывающего это открытие.

Результаты исследования были опубликованы на днях в журнале Nature.

Струи из черных дыр могут ускорять излучение и частицы, близкие к скорости света, заставляя их светиться на длинах волн, видимых радиотелескопами. Такое свечение привлекло внимание астрономов, проводивших новое исследование, когда они наблюдали за небом с помощью европейского радиотелескопа LOFAR, или низкочастотной решетки, в 2018 году.

Недавно описанные струи обладают мощностью, эквивалентной мощности триллионов солнц, и настолько массивны, что исследователи прозвали мегаструктуру Порфирионом в честь гиганта из греческой мифологии.

Это открытие заставляет астрономов переосмыслить свое понимание того, насколько массивными могут быть струи черных дыр, а также того, как эти гигантские объекты могут влиять на свое окружение и структуру Вселенной.

“Эта пара не просто размером с Солнечную систему или Млечный путь; мы говорим о 140 диаметрах Млечного пути в целом”, — рассказывает Мартин Оэй. “Млечный путь был бы маленькой точкой на фоне этих двух гигантских извержений”.

Первоначально исследователи искали что-то другое, используя LOFAR: тонкие нити космической паутины. По словам Оеи, космическая паутина — это крупномасштабная структура Вселенной, сеть материи, которая пронизывает все пространство между галактиками.

Но, пытаясь понаблюдать за космической паутиной, команда обнаружила большие струи, исходящие из галактик. В общей сложности команда обнаружила 10 000 новых пар струй из черных дыр. Статья, описывающая эти пары, была принята к публикации в другом журнале, Astronomy & Astrophysics.

«Когда мы впервые обнаружили гигантские струи, мы были весьма удивлены, — признает Оэй. — Мы и понятия не имели, что их так много».

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупных галактик. Наблюдения команды показали, что все большее число галактик имеют струи черных дыр, выходящие далеко за их пределы, сообщает Оэй.

Исследователь из другой области, соавтор исследования Айвин Гаст, впервые заметил пару самых массивных струй, рассказывает CNN. В то время Гаст был студентом-старшекурсником, изучавшим классическую археологию и древнюю историю в Оксфордском университете. Но из-за пандемии его основная научная работа была приостановлена, поэтому он предложил свою помощь Мартину Оэю в визуальном осмотре радиоизображений, полученных LOFAR.

“После того, как мы нашли Порфириона, мы оба были очень взволнованы, и, обсудив это, я почувствовал трепет от того, что увидел и открыл для себя что-то особенное, чего раньше никто не ценил”, — рассказал Оэй.

Как только команда определила галактику, из которой произошли струи, “Айвин воспользовался своим классическим опытом и предложил дать системе красивое название ”Порфирион", которое она теперь носит", — добавил Оэй.

До наблюдений LOFAR считалось, что крупные струйные системы встречаются редко и должны быть меньше по размеру. До обнаружения Порфириона крупнейшей подтвержденной струйной системой черной дыры была Алкионея.

В 2022 году та же команда обнаружила Алкионею, также названную в честь мифического греческого гиганта, и эта система струй равна примерно 100 галактикам Млечного Пути.

Диаметр галактики Млечный Путь оценивается в 100 000 световых лет. один световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, и составляет 9,46 триллиона километров.

Но авторы исследования применили более широкий подход и учли, что Млечный Путь имеет ширину 163 078 световых лет, чтобы учесть все звезды и невидимую материю в галактике, сообщает Оэй.

Таким образом, они решили, что диаметр Порфириона эквивалентен 140 диаметрам Млечного Пути.

Теперь, по словам авторов, они считают, что по мере совершенствования технологии радиотелескопов можно будет найти струи, превышающие размеры Порфириона.

Чтобы узнать больше подробностей о происхождении струй, команда ученых провела дополнительные наблюдения с помощью гигантского радиотелескопа Metrewave в Индии и обсерватории W. M. Keck на Гавайях. Наблюдения показали, что далекая галактика примерно в 10 раз массивнее Млечного Пути.

Данные, собранные гавайской обсерваторией, также показали, что эти структуры произошли от активной черной дыры в режиме излучения, а не от типа, который, как известно, производит более крупные струи, что удивило исследователей.

Когда сверхмассивные черные дыры становятся активными, их гравитационная сила нагревает окружающий материал, который высвобождает энергию в виде излучения или струй. По словам исследователей, черные дыры излучательного типа чаще встречаются в отдаленной Вселенной, в то время как черные дыры реактивного типа чаще встречаются в близлежащей Вселенной.

“Наше исследование предполагает, что активные черные дыры в радиационном режиме могут быть способны генерировать гигантские струи так же, как активные черные дыры в реактивном режиме в близлежащей Вселенной”, — говорит Мартин Оэй. “Мы узнаем, что гигантские струи могут быть древним явлением: теперь мы знаем, что они существовали на протяжении большей части истории Вселенной. Наша съемка LOFAR охватила только 15 процентов неба. И большинство из этих гигантских реактивных самолетов, вероятно, трудно обнаружить, поэтому мы полагаем, что таких гигантов гораздо больше”.

понимание того, как долго существовали струи гигантских черных дыр в течение 13,8 миллиардов лет существования Вселенной, могло бы помочь астрономам выяснить, как эти струи влияли на их окружение.

Перед астрономами стоят два важных вопроса: как Вселенная стала намагниченной и как возникли крупномасштабные структуры космической паутины, расположенные между галактиками. Массивные струи черных дыр могут помочь ответить на оба вопроса.

По мнению авторов исследования, мощные струи из черных дыр, если они будут сохраняться в течение миллионов лет, могут влиять на поток вещества в межгалактическом пространстве, высвобождая заряженные частицы и магнитные поля в космическом пространстве.

“Всякий раз, когда струи достигают межгалактического пространства, мы думаем, что они оказывают большое влияние на нагрев пространства между галактиками и на его намагничивание”, — сказал Оэй. “Одним из неожиданных результатов обнаружения этой гигантской реактивной системы является то, что струи из черных дыр могут достигать масштабов космической паутины. Они настолько велики, что, в принципе, могут проникать куда угодно”.

Исследования команды показывают, что Порфирион способен нагревать свое окружение в межгалактическом пространстве примерно на 1 миллион градусов.

“Если это нагревание произошло достаточно рано по космическому времени, — рассказал Оэй, — это могло замедлить формирование галактик, которым для коллапса и формирования требуется относительно холодная межгалактическая плазма или газ”.

Источник