Чорні діри часто описують як монстрів Всесвіту. Вони розривають зорі, поглинають все, що підходить до них занадто близько, і тримають у полоні світло.
Однак докладні спостереження, виконані за допомогою Космічного телескопа імені Габбла, показують чорну діру в новому світлі: вона сприяє, а не придушує, зореутворення. Зображення від «Габбла» та дані спектроскопії карликової галактики зі спалахом зореутворення Henize 2-10 чітко показують відтік газу, що тягнеться від чорної діри до яскравої ділянки де народжуються зорі. Ця структура, як пуповина, що спонукає і без того щільну хмару до формування скупчень зір.
Астрономи досі сперечаються про те, чи може карликова галактика мати чорну діру, схожу на надмасивні чорні діри в більших галактиках. Подальше вивчення карликових галактик, які були такими упродовж тривалого часу, може пролити світло на питання про те, як утворилися і розвивалися перші «зародки» надмасивних чорних дір протягом історії Всесвіту.
Нові дослідження, засновані на спостереженнях з Космічним телескопом імені Габбла, свідчать про те, що чорна діра в центрі карликової галактики Henize 2-10 створює зорі, а не пожирає їх. Вона, очевидно, сприяє сплеску процесу утворення нових зір, що відбувається в галактиці. Карликова галактика міститься на відстані 30 мільйонів світлових років від нас, у напрямку на південне сузір’я Компас.
Десять років тому ця маленька галактика спричинила дебати серед астрономів щодо того, чи є в карликових галактиках чорні діри, схожі на тих надмасивних «бегемотів», знайдених в центрі більших галактик. Карликова галактика Henize 2-10, яку вивчали в новому дослідженні, що містить лише одну десяту від кількості зір, знайдених у нашому Молочному Шляху, готова зіграти велику роль у розкритті таємниці, звідки взагалі взялися надмасивні чорні діри.
«Десять років тому, коли я була аспірантом і хотіла присвятити свою кар’єру вивченню питання формування зір, я подивилася на дані про Henize 2-10, і все змінилося», — сказала Емі Рейнс (Amy Reines), яка опублікувала перші докази наявності чорної діри в цій галактиці у 2011 р. Вона є головним дослідником наукової роботи на основі нових спостережень від «Габбла», результати якої оприлюднив журнал Nature 19 січня поточного року.
«З самого початку я знала, що в Henize 2-10 відбувається щось незвичайне та особливе, і тепер “Габбл” дав змогу отримати дуже чітку картину зв’язку між чорною дірою та сусіднім регіоном утворення зір, розташованим за 230 світлових років від чорної діри», — зазначила Рейнс.
На зображенні центральної частини (внизу праворуч) карликової галактики зі сплеском зореутворення Henize 2-10 помітно відтік, або міст, гарячого газу довжиною 230 світлових років, що з'єднує масивну чорну діру галактики та ділянку зореутворення. Дані про швидкість витікання речовини від чорної діри, а також про вік молодих зір, отримані на основі спостережень Космічного телескопа імені Габбла, вказують на причинно-наслідковий зв’язок між ними. Кілька мільйонів років тому потік гарячого газу врізався в щільну хмару зоряного «розплідника» і поширився, як вода зі шланга, що вдаряється у купу бруду. Тепер скупчення молодих зір вирівняно перпендикулярно потоку, вказуючи на шлях його поширення. Фото з сайту https://phys.org.
Цей зв’язок визначає потік газу, що тягнеться через простір, як пуповина, до яскравого зоряного розплідника. У цій ділянці вже був щільний кокон газу, коли туди потрапив на малій швидкості газовий потік. Спектроскопія від «Габбла» показує: потік рухався зі швидкістю близько 1,6 мільйона кілометрів на годину, врізаючись у щільний газ, як вода з садового шлангу, що вдаряється в купу бруду і розтікається. Новонароджені зоряні скупчення відтворюють шлях поширення потоку, а їхній вік вдалося з’ясувати також зі спостережень від «Габбла».
Це протилежний ефект того, що астрономи спостерігають у більших галактиках, де речовина, яка падає в бік чорної діри, відштовхується у протилежному напрямку навколишніми магнітними полями. Внаслідок цього виникають гарячі струмені плазми, що рухаються майже зі швидкістю світла. Хмари газу, що опиняються на шляху струменя, нагріваються набагато сильніше, ніж потрібно для формування зір. Але не така масивна чорна діра в Henize 2-10 і не такий швидкий потік газу від неї, уможливили ситуацію прискореного формування нових зір.
«Henize 2-10 лежить досить близько від нас, на відстані лише 30 мільйонів світлових років, тому “Габбл” зміг дуже чітко отримати як зображення, так і спектроскопічні докази витікання речовини від чорної діри. Додатковим сюрпризом було те, що замість придушення зореутворення, потік спричинив народження нових зір», — сказав Закарі Шутте (Zachary Schutte), аспірант Рейнс і головний автор нового дослідження.
Карликова галактика зі сплеском зореутворенняHenize 2-10 в сузір’ї Компас. Фото з сайту https://phys.org.
З моменту першого відкриття особливих радіо- та рентгенівського випромінювань від Henize 2-10, Рейнс вважала, що вони, ймовірно, походять від масивної чорної діри, але не такої надмасивної, як ті, що виявлені в більших галактиках. Інші астрономи, однак, вважали, що джерелом цих випромінювань, імовірно, є залишок спалаху наднової. Адже це відоме явище для галактики, де у великій кількості формуються масивні зорі, що потім швидко вибухають.
«Дивовижна роздільна здатність “Габбла” чітко показує штопорододібну картину руху газу, яку ми можемо пристосувати до моделі прецесуючого чи коливального витікання від чорної діри. Залишок наднової не давав би такої картини, і тому це фактично наш неспростований доказ того, що це чорна діра», — сказала Рейнс.
Рейнс очікує, що в майбутньому більше досліджень буде спрямовано на чорні діри карликових галактик з метою використання їх для розгадки таємниці, як надмасивні чорні діри виникли в ранньому Всесвіті. Це досі таємниця для астрономів. Зв’язок між масою галактики та її чорною дірою може дати підказки. Маса чорної діри в Henize 2-10 становить близько 1 мільйона сонячних мас. У більших галактиках чорні діри можуть перевищувати масу Сонця у понад один мільярд разів. Що масивніша материнська галактика, то більша маса чорної діри в її центрі.
Сучасні теорії походження надмасивних чорних дір можна віднести до трьох категорій: 1) вони утворилися так само, як чорні діри зоряної маси, внаслідок спалаху зір, і якимось чином зібрали достатньо матеріалу для зростання до надмасивних; 2) особливі умови на початку Всесвіту уможливили появу надмасивних зір, які зруйнувалися й стали «насінням» для формування масивної чорної діри; 3) «зародки» майбутніх надмасивних чорних дір виникли в щільних зоряних скупченнях, де загальної маси скупчення було б достатньо, щоб ці об’єкти утворилися внаслідок гравітаційного колапсу.
Поки що жодна з цих теорій формування надмасивних чорних дір не стала лідером. Карликові галактики, такі як Henize 2-10, вказують на багатообіцяючі потенційні підказки, бо вони були малими протягом тривалого (космічного) часу, а не зазнавали зростання через злиття з великими галактиками, такими як Молочний Шлях. Астрономи вважають, що чорні діри карликових галактик можуть бути аналогом чорних дір у ранньому Всесвіті, коли вони тільки починали формуватися і рости.
«Ера перших чорних дір — це не те, що ми змогли побачити, тому це справді велике питання: звідки вони взялися? Карликові галактики можуть зберегти певну пам’ять про сценарій появи чорної діри, який інакше був втрачений у часі та просторі», — наголосила Рейнс.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
