Астрономы, изучающие квазар H1821+643, обнаружили, что он оказывает меньшее влияние на окружающую среду, чем ожидалось, что бросает вызов типичному поведению черной дыры. Фото: SciTechDaily.com
Квазар производит высокие уровни радиации и мощные струи, но оказывает меньшее влияние на свое окружение, чем ожидалось.
Астрономы обнаружили, что блестящая сверхмассивная черная дыра не оправдывает ожиданий. Хотя эта гигантская черная дыра ответственна за высокий уровень радиации и мощные струи, она не так влияет на свое окружение, как многие ее аналоги в других галактиках.
Статья, описывающая эти результаты, написанная командой, в которую входил У. Нил Брандт, профессор астрономии и астрофизики семьи Эберли и профессор физики в Пенсильванском университете, была опубликована в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
Крупный план ближайшего квазара
Исследование с использованием данных НАСАРентгеновская обсерватория Чандра наблюдала за ближайшим к Земле квазаром. Этот квазар, известный как H1821+643, находится на расстоянии около 3,4 миллиардов световых лет от Земли и находится в скоплении галактик. Квазары — это редкий и экстремальный класс сверхмассивных черных дыр, которые яростно притягивают вещество внутрь, создавая интенсивное излучение, а иногда и мощные струи.
«Я давно хотел лучше изучить этот замечательный квазар с помощью острого зрения Чандры», — сказал Брандт. «Я подозревал, что «кора» этого квазара будет хуже, чем его «укус», то есть его впечатляющая пиротехника не предполагает столь же впечатляющего воздействия на окружающую среду. Я рад, что наша упорная решимость в конечном итоге окупилась и подтвердила мои подозрения!»
В центре этого изображения находится квазар H1821+643, быстро растущая сверхмассивная черная дыра, которая, как обнаружили астрономы, не достигает своих целей, несмотря на то, что производит интенсивное излучение и струю частиц, видимую в радиоданных Очень Большой Массив (красный цвет). Расположенная в центре скопления галактик, H1821+643 окружена огромным количеством горячего газа, обнаруженного в рентгеновских лучах Чандрой (синего цвета). Высокие температуры и плотности горячего газа вокруг квазара показывают, что черная дыра оказывает более слабое воздействие на свою родительскую галактику, чем многие другие ее аналоги в других скоплениях галактик. H1821+643 — ближайший к Земле квазар в скоплении галактик. Он расположен на расстоянии 3,4 миллиарда световых лет от Земли, а поперечник изображения на расстоянии квазара составляет около миллиона световых лет. Авторы и права: Рентген: НАСА/CXC/Univ. Ноттингема/Х. Рассел и др.; Радио: НФС/НРАО/ВЛА; Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/N. Волк
Воздействие квазара: подробное исследование
Большинство растущих сверхмассивных черных дыр притягивают материал медленнее, чем квазары. Астрономы изучили влияние этих более распространенных черных дыр, наблюдая за ними в центрах скоплений галактик. Регулярные вспышки таких черных дыр не позволяют остыть огромному количеству перегретого газа, в котором они заключены, что ограничивает количество звезд, образующихся в родительских галактиках, и количество топлива, направляемого в сторону черной дыры. Гораздо меньше известно о том, какое влияние квазары в скоплениях галактик оказывают на свое окружение.
«Мы обнаружили, что квазар в нашем исследовании, похоже, уступил большую часть контроля, налагаемого более медленно растущими черными дырами», — сказала Хелен Рассел из исследования. Ноттингемский университет в Соединенном Королевстве, который возглавил новое исследование. «Аппетит черной дыры не соответствует ее влиянию».
Раскрытие космического парадокса
Чтобы прийти к такому выводу, команда использовала Чандру для изучения горячего газа, которым окутаны H1821+643 и ее родительская галактика. Однако яркие рентгеновские лучи квазара затрудняли изучение более слабых рентгеновских лучей горячего газа. газ.
«Нам пришлось тщательно удалить рентгеновские блики, чтобы выявить влияние черной дыры», — сказал соавтор Пол Нульсен из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института. «Тогда мы могли бы увидеть, что на самом деле он мало влияет на свое окружение».
Газодинамика и будущие последствия
Команда обнаружила, что плотность газа возле черной дыры в центре галактики намного выше, а температура газа намного ниже, чем в более удаленных регионах. Ученые ожидают, что горячий газ будет вести себя подобным образом, когда источников энергии мало или вообще нет (обычно это выбросы черной дыры), чтобы предотвратить охлаждение горячего газа и его движение к центру скопления.
«Гигантская черная дыра генерирует гораздо меньше тепла, чем большинство других в центрах скоплений галактик», — сказала соавтор Люси Клюс из Открытого университета в Великобритании. «Это позволяет горячему газу быстро остывать и образовывать новые звезд, а также служить источником топлива для черной дыры».
Исследователи определили, что горячий газ, масса которого примерно в 3000 раз превышает массу Солнца, в год остывает до такой степени, что его больше нельзя увидеть в рентгеновских лучах. Это быстрое охлаждение может легко обеспечить достаточно материала для 120 солнечных масс новых звезд, которые, как наблюдают, формируются в родительской галактике каждый год, и для 40 солнечных масс, поглощаемых черной дырой каждый год.
Команда также изучила возможность того, что излучение квазара напрямую вызывает охлаждение горячего газа скопления. При этом фотоны света квазара сталкиваются с электронами горячего газа, в результате чего фотоны становятся более энергичными, а электроны теряют энергию и охлаждаются. Исследование группы показало, что этот тип охлаждения, вероятно, происходит в скоплении, содержащем H1821+643, но он слишком слаб, чтобы объяснить наблюдаемое значительное охлаждение газа.
«Хотя эта черная дыра, возможно, неэффективна из-за того, что не перекачивает тепло в окружающую среду, нынешнее положение дел, скорее всего, не будет длиться вечно», — сказал соавтор Томас Брабен из Ноттингемского университета. «В конечном итоге быстрый забор топлива черной дырой должен увеличить мощность ее струй и сильно нагреть газ. Тогда рост черной дыры и ее галактики должен резко замедлиться».
Ссылка: «Охлаждающий поток вокруг квазара с низким красным смещением H1821+643», авторы: HR Russell, PEJ Nulsen, AC Fabian, TE Braben, WN Brandt, L Clews, M McDonald, CS Reynolds, JS Sanders и S Veilleux, 27 января 2024 г. , Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093/mnras/stae026
Работу Брандта над проектом поддерживали кафедра астрономии и астрофизики семьи Эберли штата Пенсильвания и рентгеновский центр «Чандра».