Долгое время считалось, что черные дыры поглощают огромное количество окружающей материи, что приводит к смерти галактик. При этом процессе формируется высокоэнергетический объект, называемый квазаром, который останавливает рождение звезд. Однако исследователи обнаружили галактику, которая выживает в огромной мощности квазара, продолжая формировать новые звезды. Как так бывает?
Речь идет о системе, в которой внутри галактики находится квазар, похожий на звезду радиоисточник с черной дырой в центре. Обычно в такой системе квазар поглощает всю энергию и не дает галактике производить новые звезды, однако не в этом случае.
Квазары представляют собой активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Он и является источником излучения, исключительно мощного (иногда в десятки и сотни раз превышающего суммарную мощность всех звезд таких галактик, как наша) и имеющего, помимо космологического, гравитационное красное смещение.
Как работает система «галактика + квазар»?
Вокруг квазаров вращаются зарождающиеся галактики, а в их центре находятся сверхмассивные черные дыры.
Любой объект, попадающий под притяжение черной дыры, начинает ускоряться и становится горячее и ярче. Вся материя вокруг черной дыры раскаляется до предела. Все это сопровождается свечением и выбросом энергии частиц тех объектов, которые она поглощает.
Черная дыра и квазар
Квазар не существует без черной дыры, он питается энергией, которую ему поставляют гравитационные силы дыры. Когда она поглотит все, что сможет, и вокруг почти ничего не останется, квазар умрет. Обычно он светится несколько миллионов лет, потом остается только черная дыра.
Активные галактики и квазары производят гораздо больше энергии, чем нормальные галактики — именно поэтому мы и можем видеть их на таких огромных расстояниях. В обычных галактиках почти весь свет испускают нормальные звезды. В высокоэнергетических общее количество испускаемой энергии намного превышает продукцию звезд. Очень подробные карты, составленные радиоастрономами, показывают, что подавляющая часть избыточной энергии исходит из центральных областей.
Сейчас многие уверены в том, что ядра энергетически активных галактик служат прибежищем гигантских черных дыр. Вероятно, их массы заключены в пределах от нескольких тысяч до нескольких миллиардов масс Солнца. Космический телескоп «Хаббл» зарегистрировал водовороты вещества, вращающиеся вокруг черных дыр. Если черная дыра однажды образовалась, она все время увеличивается за счет втягивания вещества из окружающих областей. В гигантских галактиках типа М87 центральная черная дыра может пожирать за день массу, эквивалентную нескольким звездам.
Черная дыра и окружающий ее диск постоянно заправляются все новыми порциями материи. Центральные области галактик густо заполнены звездами. Очень плотные звездные скопления могут пополнять запасы горючего. Это может быть газ, сорвавшийся с поверхности нормальных звезд в ходе их эволюции, либо это могут быть обломки от очень большого числа взрывов сверхновых. По мере того как черная дыра увеличивается, нарастающая сила ее гравитационного поля позволяет ей легче захватывать звезды и разрывать их в клочья.
Наша галактика вращается вокруг сверхмассивной черной дыры. Ее имя — Sgr A*. Когда-то она питала квазар, но он погас на стадии зарождения Млечного пути.
Квазар возникает лишь однажды, потом черная дыра существует уже без него. Если бы квазар все еще существовал в центре нашей галактики, то жизнь не смогла бы тут зародиться из-за постоянных выбросов энергии. Но квазар может зародиться вновь, если при столкновении Млечного пути и Андромеды через 4 млрд лет центры галактик сольются.
Как вышло, что одна галактика может «бороться» с квазаром и его черной дырой?
Астрономы обнаружили далекую галактику, которая сумела продолжить образование новых звезд, несмотря на присутствие разрушительного «холодного квазара», бушующего в ее ядре. Открытие было сделано с помощью телескопа SOFIA, который был установлен на борту специально модифицированного самолета Boeing 747SP: он летел высоко над облаками и мог наблюдать инфракрасный свет, излучаемый далекой галактикой.
Для образования новых звезд должно быть много пыли и холодного газа, это все можно найти в огромных облаках в межзвездном пространстве. Со временем гравитационное притяжение и другие катализаторы заставляют материалы, из которых состоят эти облака, группироваться вместе и в конечном итоге объединяться в полностью сформированные звезды и солнечные системы. Однако сверхмассивные черные дыры могут нарушить этот процесс и даже полностью его остановить.
Когда материал попадает в черную дыру и оседает в аккреционном диске, он начинает вращаться быстрее и невероятно ярко светиться, выделяя огромное количество энергии в виде электромагнитного излучения. Когда это происходит в больших масштабах, сверхмассивная черная дыра превращается в квазар. На этом этапе своего существования квазар будет излучать огромное количество энергии обратно в галактику, а энергия, в свою очередь, будет вытеснять большую часть оставшегося в нем холодного звездообразующего материала. Обычно из-за этогоона перестает производить новые звезды.
Однако новое исследование показало, что галактика CQ 4479, расположенная примерно в 5,25 млрд световых лет от Земли, смогла выдержать такое разрушающее влияние.
Авторы нового исследования использовали данные, собранные телескопом Стратосферной обсерватории (SOFIA). Установленный на Boeing 747SP телескоп в 2,7 м мог наблюдать за далекой галактикой, избегая при этом 99% атмосферы Земли, которая блокирует инфракрасное излучение.
Отмечается, что найденная галактика способна рождать около 100 звезд размером с Солнце за год. Это открытие может объяснить, как появились массивные галактики, а также заставит ученых переосмыслить все теории их эволюции.
Это показывает нам, что рост активных черных дыр не всегда прекращает рождение звезд. Это идет вразрез с сегодняшними научными знаниями о таких системах.
Эллисон Киркпатрик, доцент Канзасского университета в Лоуренсе
Что в итоге?
Необходимы дальнейшие исследования, которые помогут узнать, проходят ли другие галактики подобную стадию, во время которой растет и черная дыра, и звезда. Исследования, запланированные на 2021 год, позволят выявить, как на квазары влияют их родительские галактики.
Leave a Reply