Свръхмасивната черна дупка на Млечния път все още гори дълго след експлозията на мощния „лъч на смъртта“

Това е съставно изображение на рентгенови лъчи, молекулен газ и топъл йонизиран газ близо до центъра на галактиката. Оранжевите елементи са светещ водороден газ. Една такава характеристика, в горния край на струята (виж анотирано изображение по-долу) се интерпретира като водороден облак, ударен от струйния поток. Струята се разпръсква от облака в нишки, течащи на север. По-далече близо до черната дупка са рентгенови наблюдения на много горещ газ в синьо и молекулен газ в зелено. Тези данни са доказателство, че черна дупка понякога натрупва звезди или газови облаци и изхвърля много горещ материал по оста на въртене. Кредит: НАСА, ЕКА и Джералд Сесил (UNC-Chapel Hill); Обработка на изображения: Джоузеф ДеПаскуале (STScI)

В някои научнофантастични филми спящо чудовище, като Годзила, внезапно се събужда и вилнее. за нас млечен път Смятало се, че галактиката има спящо чудовище в ядрото си, а Черна дупка Тя тежи 4 милиона пъти масата на нашето Слънце. Но има все повече доказателства, че черните дупки понякога се събуждат, за да погълнат нещастна звезда или газов облак, попадащ в тях. Тогава черната дупка изригва мощни „лъчи на смъртта“ от радиация и частици, които се движат с почти скоростта на светлината. Най-голямото изригване е регистрирано преди два милиона години. Това се вижда от разширяването на колоните плазма Това образува форма на пясъчен часовник, простираща се над и под равнината на нашата галактика. Диполните ударни вълни от експлозията на черната дупка нагряват газ извън галактическата равнина, за да светят в гама лъчи и рентгенови лъчи.

Хъбъл намери косвени доказателства, че черната дупка все още гори дълго след предишната експлозия. Доказателството за астрономите на Хъбъл е като да правите археологически разкопки, за да се опитате да разгледате междузвездното замърсяване на плътни плочи от прах и газ между Земята и галактическия център, на 27 000 светлинни години от нас. Хъбъл снима ярък възел от газ, засегнат от невидима струя черна дупка, на 15 светлинни години от нея. Черната дупка трябва да е била гениално демонстрирана преди милиарди години като квазар (квазар), когато нашата малка галактика е била захранвана от много плюещ се газ. Но след цялото това време черната дупка все още е в пристъпи и започва, не е готова за дрямка, стига да има лека закуска наоколо.

Има теч в централната черна дупка на нашия Млечен път. Изглежда, че тази свръхмасивна черна дупка все още съдържа останките от подобен на горелка самолет, датиращ отпреди няколко хиляди години. НАСА‘с Космически телескоп Хъбъл Той не е заснел самолета-призрак, но е помогнал за намирането на косвени доказателства, че той все още слабо се стреля в масивен водороден облак и след това се разпръсква, като тесния поток от маркуч, насочен към купчина пясък.

Това е още едно доказателство, че черната дупка с маса от 4,1 милиона слънца не е спящо чудовище, а периодично се люлее, когато звездите падат и газът се изтегля в нея. Черните дупки изтеглят част от материала във въртящ се акреационен диск, докато част от падащия материал се изтласква в течащи навън струи, които са балансирани от силните магнитни полета на черната дупка. Тесните „лъчи на прожекторите“ са придружени от наводнение от смъртоносна йонизираща радиация.

„Централната черна дупка е динамично променлива и в момента се анулира“, каза Джералд Сесил от Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил. Сесил събра, като пъзел, многовълнови наблюдения от различни телескопи, които показват, че черната дупка изригва малки струи всеки път, когато погълне нещо масивно, като газов облак. Изследването на неговия мултинационален екип току-що е публикувано в Астрофизичен вестник.

В това анотирано съставно изображение жълтото представлява данните на Хъбъл, синьото представлява данните на Chandra, зеленото представлява данните за Алма, а червеното представлява данните за VLA. Добавена е бяла полупрозрачна вертикална графика с вентилатор, за да покаже предложената ос на малка струя от свръхмасивната черна дупка в сърцето на галактиката. Кредит: НАСА, ЕКА и Джералд Сесил (UNC-Chapel Hill); Обработка на изображения: Джоузеф ДеПаскуале (STScI)

През 2013 г. доказателства за къса южна струя в близост до черната дупка идват от рентгенови лъчи, открити от рентгеновата обсерватория на Чандра на НАСА, и радиовълни, открити от телескопа Jansky Very Large Array Telescope в Сокоро, Ню Мексико. Тази струя също изглежда тече в газ близо до черната дупка.

Сесил беше любопитен да види дали има и северен анти-джет. Той първо разгледа архивните спектри на молекули като метилов алкохол и въглероден оксид от Алма Обсерваторията в Чили (Atacama Large Millimeter/submilimeter Array), която използва милиметрови дължини на вълната, за да гледа през прашния воал между нас и галактическото ядро. ALMA разкрива разширяваща се и стесняваща се линейна характеристика в молекулярния газ, която може да бъде проследена за 15 светлинни години към черната дупка.

След като свързва точките, Сесил открива в изображенията на Хъбъл с дължина на вълната в инфрачервени лъчи светещ, уголемен балон с горещ газ, подреден със струята на разстояние най-малко 35 светлинни години от черната дупка. Екипът му предполага, че струи от черната дупка може да са се втурнали в нея, надувайки балона. Тези два остатъчни ефекта на изчезващата равнина са единственото видимо доказателство за ефекта му върху молекулния газ.

Тази схема се основава на многовълнови наблюдения на предполагаема струя от свръхмасивната черна дупка в центъра на нашия Млечен път. Широкият изглед показва нашата галактика от ръба, с два огромни мехурчета плазма, светещи в гама лъчи и рентгенови лъчи. Това е доказателство за експлозивно изригване от черната дупка преди около два милиона години. Търсейки дълбоко в галактическото ядро ​​(вмъкване), астрономите, използващи космическия телескоп Хъбъл, успяха да уловят светещ облак от водород близо до черната дупка. Обяснението е, че облакът се сблъсква с тясна, вертикална струя материал, избухнал от черната дупка само преди 2000 години. Черната дупка все още е активна, но в по-малък мащаб, произвеждаща енергия от известни по-рано изригвания. Когато струята удари водороден възел, изходящият поток се разпръсква в подобни на октопод пипа, които продължават по пътя извън нашата галактика. Кредит: НАСА, ESA, Джералд Сесил (UNC-Chapel Hill), Дани Плейър (STScI)

Докато се издухва в газа, струята се сблъсква с материала и се огъва по протежение на множество потоци. „Текове изтичат от плътния газов диск на Млечния път“, каза съавторът Алекс Вагнер от университета в Цукуба в Япония. „Потокът се разклонява от лъч на молив до пипчета, като октопод.“ Този изтичане води до серия от разширяващи се мехурчета, обхващащи най-малко 500 светлинни години. Тази по-голяма структура на „сапунени мехурчета“ е начертана при различни дължини на вълната от други телескопи.

След това Вагнер и Сесил пуснаха гигантски компютърни модели на реактивни потоци в диск, симулиращ Млечния път, който възпроизведе наблюденията. „Точно като в археологията, вие копаете и намирате древни и по-стари артефакти, докато не попаднете на останките на велика цивилизация“, каза Сесил. Заключението на Вагнер: „Ясно е, че нашата централна черна дупка се е увеличила в светимост поне милион пъти през последните милиони години. Това беше достатъчно, за да влезе струя в галактическия ореол.“

Предишни наблюдения на Хъбъл и други телескопи откриха доказателства, че черната дупка на Млечния път е имала изригване преди около 2-4 милиона години. Това беше достатъчно енергично, за да създаде масивна двойка мехурчета, извисяващи се над нашата галактика, които светят в гама лъчи. За първи път е открит от космическия телескоп Fermi Gamma Ray на НАСА през 2010 г. и е заобиколен от рентгенови мехурчета, който е открит през 2003 г. от спътника Rosat и картографиран изцяло през 2020 г. от спътника eROSITA.

Близката спирална галактика с прегради NGC 1068 служи като заместител, за да помогне на астрономите да разберат фойерверките, случващи се в центъра на нашия Млечен път, предизвикани от изригвания от свръхмасивна черна дупка. Тъй като живеем в Млечния път, голяма част от изгледа ни към галактическия център е замъглен от намесващи се облаци от газ и прах. Но гледайки NGC 1068 на 45 милиона светлинни години от нас, той дава на астрономите панорамна гледка към подобни изригвания на черни дупки. Приложеното изображение на космическия телескоп Хъбъл разделя водородни облаци, малки от 10 светлинни години на 150 светлинни години от ядрото. Облаците светят, защото са уловени в „прожектор“ на радиация от черната дупка на галактиката, която е по-голяма и по-енергична от черната дупка в сърцето на нашата галактика.
Кредит: НАСА, ESA, Алекс Филипенко (UC Berkeley), Уилям Спаркс (STScI), Луис С. Хо (KIAA-PKU), Матю А. Малкан (UCLA), Алесандро Капети (STScI), Алиса Паган (STScI)

UV спектрите на Хъбъл бяха използвани за измерване на скоростта на разширение и образуването на уголемени дялове. По-късно спектрите на Хъбъл откриха, че експлозията е толкова мощна, че освети газообразна структура, наречена Магеланов поток, на около 200 000 светлинни години от галактическия център. Газът свети от това събитие до днес.

За да добие по-добра представа какво се случва, Сесил погледна Хъбъл и радиоизображения на друга галактика с черна дупка. Спиралната галактика NGC 1068 се намира на 47 милиона светлинни години от нас и разполага с поредица от балонни елементи, подравнени по протежение на изтичането от силно енергийната черна дупка в нейния център. Сесил открива, че мащабите на радио и рентгеновите структури, излъчвани от NGC 1068 и Млечния път, са много сходни. „Дъговият ударен балон в горната част на изходящия поток на NGC 1068 съвпада с размера на балона на Ферми, който започва в Млечния път. NGC 1068 може да ни покаже какво е правил Млечният път по време на големия си скок преди няколко милиона години.“

Останалата характеристика на струята е достатъчно близка до черната дупка на Млечния път, че става по-забележима само няколко десетилетия след като черната дупка се появи отново. Сесил отбелязва: „Черната дупка трябва само да увеличи яркостта си стократно през това време, за да запълни канала на струята с излъчени частици. Би било очарователно да видим колко далеч е стигнала струята при тази експлозия. Достигането до гама-лъчевите мехурчета ще изискват струята да продължи стотици пъти.“ Хиляди години, защото тези мехурчета се простират на всеки 50 000 светлинни години!“

Прожектираните изображения на сянката на черната дупка, направени от Event Horizon Telescope на Националната научна фондация, могат да разкрият къде и как е изстрелян джетът.

Справка: „Проследяване на археологическата ядрена струя на Млечния път“ от Джералд Сесил, Александър Уей Вагнер, Джос Бланд-Хоторн, Джефри В. Бикнел и Дибанган Мукерджи, 6 декември 2021 г. Наличен тук Астрофизичен вестник.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac224f

Космическият телескоп Хъбъл е международен проект за сътрудничество между НАСА и Европейската космическа агенция (ESA). Телескопът се управлява от Центъра за космически полети Годард на НАСА в Грийнбелт, Мериленд. Научният институт за космически телескопи (STScI) в Балтимор, Мериленд, провежда научни операции на Хъбъл. STScI се управлява за НАСА от Консорциума от университети за изследвания в астрономията във Вашингтон, окръг Колумбия