Надмасивні чорні діри відомі своєю гравітацією, що поглинає усе навколо, включно зі світлом. Але нові спостереження показують, що ці об’єкти здатні не лише «затягувати», а й викидати гігантські порції енергії, створюючи потужні збурення, які поширюються на сотні тисяч світлових років у космос. Про це йдеться в дослідженні міжнародної команди астрономів, описаному на порталі Space Astronomy.
Команда під керівництвом Сатоші Ямади (Satoshi Yamada) з Університету Тохоку в Японії з’ясувала, що вітри, які породжує активно «акретувальна» (та, що активно поглинає матерію) надмасивна чорна діра, приблизно у 100 разів потужніші, ніж вважали раніше.
За оцінками вчених, ці потоки викидають енергію, співмірну з кількома мільярдами вибухів наднових, і розбурхують гарячий газ на відстані близько 300 000 світлових років — тобто значно далі за межі рідної галактики чорної діри.
«Чорні діри переважно відомі тим, що всмоктують речовину, але вони також викидають газ у формі потужних вітрів, — пояснює Ямада у пресрелізі. — Вважалося, що ці вітри стримуються межами галактики, але наше дослідження показало: їхня сила набагато більша, ніж ми думали».
Найближчий квазар у скупченні галактик як лабораторія
Щоб виміряти масштаби таких викидів, дослідники спостерігали за об’єктом H1821+643 — яскравим квазаром у сузір’ї Дракона, що розташований приблизно за 3,4 мільярда світлових років від Землі. Квазар — це рідкісний і надзвичайно енергійний тип надмасивної чорної діри, яка активно живиться навколишньою матерією й випромінює колосальні обсяги енергії.
Галактика, що містить H1821+643, лежить у центрі щільного скупчення галактик і прихистила надмасивну чорну діру масою у три-чотири мільярди сонячних мас. За даними NASA, це найближчий до нас квазар, який знаходиться саме в скупченні галактик, тому він став ідеальним об’єктом для вивчення його впливу на навколишній космічний простір.
Рентгенівський супутник XRISM виміряв турбулентність газу
У вересні 2024 року Ямада та колеги протягом тижня спостерігали H1821+643 за допомогою рентгенівського супутника XRISM, запущеного Японським космічним агентством у 2023 році. Вони відстежували хімічний «відбиток» іонізованого заліза в гарячому газі навколо чорної діри.
Проаналізувавши, як змінюється спектр випромінювання цих іонів — як «розтягується» та розширюється лінія заліза, — команда змогла оцінити швидкість руху газу та ступінь його турбулентності. За їхніми висновками, джерелом такої турбулентності є енергія, що вивільняється квазаром, і вплив цих процесів простежується до відстаней порядку 300 000 світлових років від чорної діри.
Отриманий результат логічно продовжує тривалу серію досліджень H1821+643. Він уже давно привертає увагу астрономів саме як яскравий, відносно близький квазар у скупченні галактик.
Повільне обертання гіганта і космічні «удари шоком»
Ще у 2022 році за допомогою рентгенівської обсерваторії «Чандра» астрономи змогли виміряти швидкість обертання цієї чорної діри. Виявилося, що вона обертається приблизно вдвічі повільніше, ніж менші надмасивні чорні діри, які часто «крутяться» майже зі швидкістю світла.
Співавтор того дослідження Крістофер Рейнольдс (Christopher Reynolds) з Кембриджського університету тоді наголошував, що головне питання полягає в причинах такого «млявого» обертання. За однією з провідних гіпотез, подібні гіганти, як H1821+643, переважно зростали не за рахунок тривалого й стабільного притоку матерії в акреційний диск, а через численні злиття з іншими чорними дірами, що надходили з різних напрямків. Такі хаотичні зіткнення могли знову й знову змінювати ось обертання та гальмувати його розкрутку.
Попри те, що точне пояснення повільного обертання залишається невизначеним, нові спостереження показують: вплив цієї чорної діри далеко виходить за межі її галактики.
«Вперше ми продемонстрували, що чорні діри впливають на ширший космічний оточуючий простір через ударну хвилю неймовірної потужності», — підсумовує Ямада. На думку дослідників, чорні діри виступають ключовими «двигунами» руху газу в космосі, переносячи колосальні обсяги енергії між різними регіонами Всесвіту.
Результати роботи описані в статті, опублікованій 28 липня в журналі Nature Astronomy.