Надмасивні чорні діри, що знаходяться в центрі галактик, мають не лише декоративне значення. Інтенсивне випромінювання, яке вони випускають під час живлення, допомагає відштовхувати газ і пил, які інакше могли б утворити зірки, забезпечуючи зворотний зв’язок, що обмежує ріст галактики. Але їхній вплив може виходити за межі галактики, яку вони населяють. Багато чорних дір виробляють струмені, і, у випадку надмасивних версій, ці струмені можуть викидати матеріал повністю за межі галактики.
Тепер дослідники отримують чіткіше уявлення про те, як далеко за межами галактики може сягати їхній вплив. Нове дослідження описує найбільші з коли-небудь спостережуваних струменів, що простягаються на загальну відстань 23 млн світлових років (сім мегапарсек). На таких відстанях струмені можуть легко відправляти матеріал в інші галактики і через космічну павутину темної матерії, яка структурує Всесвіт.
Струмені формуються у складному середовищі поблизу чорної діри. Інтенсивне нагрівання матеріалу, що падає, іонізує і нагріває його, створюючи електромагнітні поля, які діють як природний прискорювач частинок. Це створює струмені частинок, які рухаються зі значною часткою швидкості світла. Зрештою, вони вдаряються в сусідній матеріал, створюючи ударні хвилі, які також нагрівають і прискорюють його. З часом це призводить до великомасштабних, скоординованих витоків матеріалу, причому масштаб струменя пропорційний поєднанню розміру чорної діри і кількості матеріалу, яким вона живиться.
Зазвичай чорні діри формують струмінь на кожному з полюсів, в результаті чого парні потоки рухаються в протилежних напрямках. Ми бачили безліч прикладів цього на різних масштабах – від чорних дір зоряної маси до надмасивних, які можуть утворювати квазари, найяскравіші об’єкти у Всесвіті.
Нове відкриття джетів стало результатом організованого пошуку великих джетів на довжині радіохвиль в обсерваторії під назвою LOFAR, яка охоплює частину неба Північної півкулі. Дані, отримані за допомогою цього телескопа, були відскановані завдяки поєднанню машинного навчання та волонтерів-науковців. Ця програма виявила понад 11 тис. струменів, які покривають мегапарсекові відстані (кожен парсек – це трохи понад 3 світлових роки). Стаття, опублікована в середу, описує найбільший з них, який отримав назву Порфіріон на честь велетня з грецької міфології.
Початкові подальші спостереження включали пошук галактики, яка його породила. Було виявлено два об’єкти приблизно в потрібному місці, але один з них мав пелюстки, витягнуті вздовж осі струменів, що вказувало на те, що він був найімовірнішим джерелом. Галактика приблизно в 10 разів масивніша за Чумацький Шлях, і спектроскопія показує, що ми дивимося на неї такою, якою вона існувала приблизно 6 млрд років після Великого Вибуху, або трохи більш ніж половину шляху від сьогодні.
Виходячи з цієї відстані, дослідники підрахували, що візуально Порфіріон має довжину 6,4 мегапарсек. Це відображатиме його реальну довжину, тільки якщо ми дивимось на нього під перпендикулярним кутом. Швидше за все, він насправді дещо нахилений з нашого погляду. За оцінками дослідників, реальна фізична відстань становить трохи понад 7 мегапарсек, але це не точне вимірювання.
За допомогою моделювання дослідники підрахували, що матеріал у струменях рухається зі швидкістю, яка приблизно в 0,012 рази перевищує швидкість світла, а це означає, що їм знадобилося б понад пів мільярда років, щоб досягти нинішнього розміру, що свідчить про те, що чорна діра, яка їх запустила, мала тривалий період активного підживлення. Загалом, за їхніми оцінками, матеріал у струмені представляє собою експорт приблизно 1055 Дж у міжгалактичне середовище – енергію, яка зазвичай спостерігається при зіткненнях цілих скупчень галактик.
Однією з дивовижних особливостей струменів є те, наскільки вони прямі, що свідчить про те, що матеріал у них не відчув впливу інших сусідніх галактик і не стикався з будь-якими нерегулярними ділянками міжгалактичного матеріалу. Вони дійшли висновку, що це означає, що галактика-господар знаходиться у нитці павутини темної матерії, яка пронизує Всесвіт і забезпечує гравітаційне тяжіння, необхідне для того, щоб зібрати достатньо матеріалу для формування галактик. Враховуючи його розмір, це означає, що Порфіріон, ймовірно, повністю вирвав матеріал з нитки, і струмені здебільшого пролітають крізь бідну на матеріал порожнечу.
Як згадувалося вище, там є багато великих струменів. Однак дослідники також зазначають, що Порфіріон ледве помітний вище рівня шуму, притаманного сучасному радіоастрономічному обладнанню. Якби він був трохи менш енергійним або трохи глибше в історії Всесвіту, ми б не змогли його виявити.
Додайте до цього той факт, що цей проєкт обстежив лише близько 15% усього нічного неба, і стане зрозуміло, що ми, ймовірно, пропускаємо багато подібних за розміром джетів, які існували на початку історії Всесвіту. Дослідники підрахували, що кожна нитка темної матерії в космічній павутині, ймовірно, мала пару подібних за масштабом джетів.
Що це означає для Всесвіту в цілому? Той факт, що ці струмені вивергають матеріал назад з ниток чорних дір, означає, що на певному рівні вони забезпечують зворотний зв’язок на ріст галактик в цілому. Але масштаб цих явищ означає, що матеріал з однієї галактики може потрапити в зовсім іншу галактику. А враховуючи, що на початку історії Всесвіту нитки були ближче одна до одної, цілком можливо, що деякий матеріал переміщався між нитками, переносився струменями чорних дір.
Наразі незрозуміло, чи це могло бути впливовим фактором в еволюції Всесвіту. Але робота припускає, що, ймовірно, варто додати кілька таких струменевих систем до моделей і подивитися, наскільки великим може бути їхній вплив.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: