Астрофизики впервые зафиксировали горячий ветер из центра нашей Галактики

Сверхмассивная черная дыра Стрелец А* — гравитационный центр нашей Галактики. Ее масса превышает солнечную в четыре миллиона раз. Однако по космическим меркам она крайне спокойна. В отличие от активных ядер других галактик, квазаров, чье излучение затмевает все звезды, вместе взятые, окрестности Стрельца А* пребывают в покое и не выбрасывают релятивистские струи плазмы — джеты, которые видны на расстояниях в миллиарды световых лет.

Еще в 70-х годах прошлого века ученые предположили, что даже у такой неактивной черной дыры должны наблюдаться некоторые «всплески». Ее аккреционный диск и магнитные поля могут приводить к мощным выбросам и появлению горячих ветров. Падая на черную дыру, газ и пыль разгоняются до огромных скоростей, раскаляются, и часть этой материи не поглощается черной дырой, а выталкивается обратно в пространство в виде горячего ветра.

Предполагается, что такие ветры способны переносить энергию и момент импульса в межзвездную среду, нагревать или выдворять газ и тем самым регулировать рост черной дыры, влиять на темп формирования звезд вокруг нее.

Но обнаружить ветер у Стрельца А* долгое время не удавалось. Причина — невероятно сложная для наблюдений область вокруг черной дыры, так называемый циркумнуклеарный диск (circumnuclear disc). Это плотное скопление звезд, пыли и газа, которое надежно скрывает процессы, происходящие в непосредственной близости от горизонта событий.

У самого центра Млечного Пути заметили вытянутую структуру На новых изображениях сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике ее ближайшие окрестности выглядят не так, как на опубликованном в 2022 году известном снимке. naked-science.ru

Прорыв совершили американские астрофизики из Северо-Западного университета в Иллинойсе — Марк Горски и Елена Мурчикова. Они использовали радиообсерваторию ALMA в Чили и в течение пяти лет собирали данные о внутренней части циркумнуклеарного диска.

Чтобы добиться результата, ученым пришлось решить сложнейшую задачу — отделить тусклое свечение холодного газа от яркого, мерцающего фона самой черной дыры. Авторы исследования создали компьютерную модель, которая симулировала это мерцание, и затем «вычли» колебание яркости из общего сигнала. В результате получили карту холодного газа в пределах нескольких световых лет от Стрельца A* с разрешением в 100 раз выше, чем у предыдущих наблюдений.

Первым сюрпризом для исследователей стало само обилие холодного газа так близко к черной дыре. Ранее многие считали, что в этой области его просто не может быть в значительных количествах.

Изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, полученное с помощью «Телескопа горизонта событий» / © EHT Collaboration

Но главное открытие ждало впереди. На полученной карте ученые заметили четкую конусообразную область, где холодного вещества почти не было. Это напоминало туннель или дыру в газовой структуре диска. Затем исследователи наложили на карту данные рентгеновских наблюдений, которые фиксируют излучение от раскаленной материи. Совпадение оказалось поразительным: пустой конус идеально совпал с областью, наполненной горячим газом. Астрономы нашли видимый след ветра, который пробивает себе дорогу сквозь более холодную среду.

Ученые подсчитали, что общая энергия, необходимая для прохождения горячего газа через этот конус, эквивалентна энергии излучения 25 000 Солнц. Ни близлежащие звезды, ни возможные следы давних взрывов сверхновых не могли обеспечить такую энергию. Источник горячего ветра — процессы в аккреционном диске.

Открытие американских астрофизиков имеет важное значение для представления о работе черной дыры. Ранее астрономы уже обнаружили гигантские структуры над и под плоскостью Галактики — так называемые пузыри Ферми. Эти пузыри считаются свидетельством того, что в прошлом Стрелец А* был гораздо активнее и мог испускать мощные джеты.

Астрофизики узнали, как сформировалась сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути Огромный радиоисточник — сверхмассивная черная дыра Стрелец А* — скрыт от глаз на оптических длинах волн большими пылевыми облаками. Недавно с помощью Телескопа горизонта событий (EHT) астрофизик… naked-science.ru

Новые данные о горячем ветре позволят объяснить нынешнее «затишье» черной дыры. Ветер — это своего рода выпускной клапан. Он выдувает материал из окрестностей Стрельца А*, лишает ее «топлива» и не дает перейти в более активную фазу с образованием джетов.

Выводы ученых помогут лучше понять, как вращается Стрелец А*. Долгое время считали, что ось вращения должна быть перпендикулярна плоскости Млечного Пути. Но когда в 2022 году исследователи опубликовали первые снимки тени черной дыры, оказалась, что объект развернут лицом к наблюдателям. Данных тогда оказалось недостаточно для точного анализа.

Новые наблюдения могут подсказать, в каком направлении движется материя, падающая в черную дыру. Это важно не только для понимания работы самой черной дыры, но и для того, чтобы проследить, как развивалась наша Галактика.

Результаты исследования выложены в электронном архиве научных статей и их препринтов Корнеллского университета.