Астрономы обнаружили, что блестящая сверхмассивная черная дыра не оправдывает ожиданий. Несмотря на высокий уровень излучения и мощные джеты, эта гигантская черная дыра не так сильно влияет на свое окружение, как многие ее собратья в других галактиках.
В исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, проведенном с использованием данных рентгеновской обсерватории NASA Chandra, рассматривался самый близкий к Земле квазар. Известный как H1821+643, этот квазар находится на расстоянии около 3,4 миллиарда световых лет от Земли и располагается в скоплении галактик. Квазары — это редкий и экстремальный класс сверхмассивных черных дыр, которые яростно втягивают в себя вещество, производя интенсивное излучение и иногда мощные джеты.
Большинство растущих сверхмассивных черных дыр втягивают в себя вещество не так быстро, как квазары. Астрономы изучали влияние этих более распространенных черных дыр, наблюдая за ними в центрах скоплений галактик. Регулярные вспышки таких черных дыр не дают остыть огромному количеству перегретого газа, в котором они заключены, что ограничивает количество звезд, образующихся в галактиках-хозяевах, и количество топлива, направляемого к черной дыре. Гораздо меньше известно о том, какое влияние квазары в скоплениях галактик оказывают на свое окружение.
"Мы обнаружили, что квазар в нашем исследовании, похоже, отказался от большей части контроля, навязанного более медленно растущими черными дырами", — говорит Хелен Рассел из Ноттингемского университета (Великобритания), возглавившая новое исследование. "Аппетит черной дыры не соответствует ее влиянию".
Чтобы прийти к такому выводу, команда использовала телескоп Chandra для изучения горячего газа, которым окутаны H1821+643 и ее галактика-хозяин. Однако яркое рентгеновское излучение от квазара затрудняло изучение более слабого рентгеновского излучения от горячего газа.
"Нам пришлось тщательно удалить рентгеновские блики, чтобы выявить влияние черной дыры", — говорит соавтор исследования Пол Нульсен из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института. "Затем мы увидели, что на самом деле она оказывает незначительное влияние на свое окружение".
Динамика газа и будущие последствия
Команда обнаружила, что плотность газа вблизи черной дыры в центре галактики намного выше, а температура газа намного ниже, чем в более отдаленных областях. Ученые ожидают, что горячий газ ведет себя подобным образом, когда источников энергии мало или нет совсем — обычно это вспышки от черной дыры — чтобы не дать горячему газу остыть и устремиться к центру скопления.
"Гигантская черная дыра выделяет гораздо меньше тепла, чем большинство других в центрах скоплений галактик", — говорит соавтор работы Люси Клевс из Открытого университета Великобритании, — "Это позволяет горячему газу быстро остывать и образовывать новые звезды, а также служить источником топлива для черной дыры".
Исследователи определили, что горячий газ, эквивалентный примерно в 3 000 раз большей массе Солнца в год, остывает до такой степени, что его уже не видно в рентгеновских лучах. Такое быстрое охлаждение может легко обеспечить достаточное количество материала для 120 солнечных масс новых звезд, ежегодно образующихся в галактике-хозяине, и 40 солнечных масс, ежегодно поглощаемых черной дырой.
Команда также рассмотрела возможность того, что излучение квазара напрямую вызывает охлаждение горячего газа скопления. В этом случае фотоны света от квазара сталкиваются с электронами в горячем газе, в результате чего фотоны становятся более энергичными, а электроны теряют энергию и остывают. Исследование команды показало, что этот тип охлаждения, вероятно, имеет место в кластере, содержащем H1821+643, но он слишком слаб, чтобы объяснить большое количество наблюдаемого охлаждения газа.
"Хотя эта черная дыра, возможно, не справляется со своей задачей, не перекачивая тепло в окружающую среду, текущее положение дел, скорее всего, не будет длиться вечно", — говорит соавтор исследования Томас Брабен из Ноттингемского университета. В конце концов, быстрое потребление топлива черной дырой должно увеличить мощность ее струй и сильно нагреть газ". Тогда рост черной дыры и ее галактики резко замедлится".
