Черная дыра инициировала процесс рождения звезд в карликовой галактике Henize 2-10

Черные дыры обычно описывают как космических монстров, которые разрывают звезды на части, поглощают все, что подходит слишком близко, и улавливают свет за горизонтом событий. Однако космический телескоп Хаббл получил убедительные доказательства того, что черные дыры представляются в новом свете, что инициирует формирование новых звездных скоплений. На изображениях и спектрах карликовой галактики Henize 2-10 отчетливо виден истечение вещества, которое подобно пуповине связывает черную дыру с яркой областью звездообразования, превращая плотные газовые облака в зарождающиеся звездные скопления.

Карликовая галактика Henize 2-10 расположена примерно в 30 миллионах световых лет от нас в созвездии Компас в южном полушарии неба. Около 10 лет назад эта галактика вызвала споры в мире астрономов (есть ли в карликовых галактиках черные дыры с массами, пропорционально меньшими, чем у сверхмассивных черных дыр в центральных областях более крупных галактик. .

Будучи выпускником 10 лет назад, я чувствовал, что могу посвятить всю свою карьеру исследованию рождения звезд. Однако я посмотрела на данные Henize 2-10, и все изменилось  , — сказала Эми Рейнс, опубликовавшая в 2011 году первое свидетельство черной дыры в карликовой галактике Henize 2-10. Он также является руководителем группы астрономов, которая только что опубликовала в престижном журнале Nature анализ последних наблюдений Henize 2-10 с космического телескопа Хаббл.

Я с самого начала знал, что в Henize 2-10 происходит что-то экстраординарное и особенное, и теперь Хаббл предоставил очень четкую картину связи между черной дырой и соседней областью звездообразования в 230 световых годах от черной дыры  , — сказал Рейнес . сказал.

На снимке: на увеличенном фрагменте центральной области карликовой галактики Henize 2-10 видны признаки истечения вещества . Это своего рода мост из горячего газа длиной около 230 световых лет, который соединяет массивную черную дыру размером ~ 1 000 000 мегапикселей с областью звездообразования. Скорости истечения черных дыр Хаббла и возраст молодых звезд указывают на причинно-следственную связь между этими структурами. Несколько миллионов лет назад струя горячего газа врезалась в густое облако и расплющила его, как вода из садового шланга, попадающая в кучу грязи. В настоящее время скопления молодых звезд распределены перпендикулярно направлению этого истечения. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Закари Шутте (XGI), Эми Рейнс (XGI), Алисса Паган (STScI).

Эта связь представляет собой истечение газа, протянувшегося сквозь пространство подобно пуповине в видимую звездную детскую. В этой области уже был плотный газовый кокон, когда он столкнулся с низкоскоростным истечением вещества. Благодаря спектрам Henize 2-10, полученным космическим телескопом Хаббла, астрономы подсчитали, что истечение двигалось со скоростью около 1,6 млн км/ч. (~450 км/сек) при столкновении с плотным газом — подобно воде из садового шланга, ударяющей о кучу грязи и размазывающей ее. Путь этого процесса отмечают новые звездные скопления с молодыми звездами. Данные Хаббла также определили возраст этих скоплений.

Это противоположно тому, что мы наблюдаем в более крупных галактиках, где материал, падающий в черную дыру, быстро подхватывается окружающим магнитным полем, и создается мощная плазменная струя, которая разгоняет ионизированное вещество почти до скорости света. Газовые облака, «пораженные» такой релятивистской струей, при охлаждении нагреваются за пределы температурного диапазона, но все еще способны образовывать звезды. Напротив, более медленные оттоки вещества из менее массивной черной дыры в Henize 2-10 уплотнили бы газ в достаточной степени, чтобы ускорить звездообразование.

Находясь на расстоянии всего 30 миллионов световых лет, Henize 2-10 находится достаточно близко, чтобы космический телескоп Хаббл мог очень четко зафиксировать как фотографические, так и спектроскопические свидетельства истечения из черной дыры. Как дополнительный сюрприз, вместо того, чтобы блокировать звездообразование, этот отток вызвал новое звездообразование  , сказал ведущий автор и студент Эми Рейнс Закари Шутте.

С момента открытия на Henize 2-10 отчетливых радио- и рентгеновских излучений (Рейнс полагал, что они, скорее всего, исходят от массивной черной дыры, но не сверхмассивной. — как он наблюдает в более крупных галактиках. Другие астрономы считали, что источником этого излучения, скорее всего, являются остатки взрыва сверхновой.

Благодаря замечательному разрешению Хаббла хорошо видна спиральная структура скорости газа, которую мы можем вписать в модель истечения черной дыры с прецессией или вибрацией. Остатки сверхновых не имеют такой структуры, поэтому на самом деле это убедительное доказательство того, что это черная дыра  , сказал Рейнс.

Рейнс с нетерпением ждет новых научных исследований черных дыр в карликовых галактиках, которые могут дать ключ к объяснению того, как сверхмассивные черные дыры формировались в ранней Вселенной. Для астрономов это неразгаданная загадка. Такие подсказки могут быть обеспечены соотношением между массой галактики и ее черной дырой. Черная дыра в Henize 2-10 имеет массу ~ 1 000 000 M ʘ . В более крупных галактиках черные дыры могут достигать миллиардов солнечных масс. Чем массивнее галактика-хозяин, тем массивнее черная дыра в ее центре.

Современные теории происхождения сверхмассивных черных дыр делятся на следующие три категории:
    (1) Они образовались как обычные звездные черные дыры, когда ядро ​​массивной звезды коллапсировало и каким-то образом собрало достаточно материала, чтобы стать сверхмассивным.
    (2) В ранней Вселенной существовали особые условия, которые позволяли сверхмассивным звездам образовываться, коллапсировать и тут же образовывать «семена»/«семена» массивных черных дыр.
    (3) Зародыши будущих сверхмассивных черных дыр формировались в плотных звездных скоплениях, где общей массы скопления было достаточно, чтобы они как-то возникли в результате гравитационного коллапса.

Пока ни одна из теорий зародышевого образования этих черных дыр не является ведущей. Карликовые галактики, такие как Henize 2-10, дают потенциально многообещающие подсказки, поскольку они все время остаются маленькими, а не растут и сливаются в более крупные галактики, такие как наш Млечный Путь. Астрономы считают, что черные дыры в карликовых галактиках — это аналоги черных дыр в ранней Вселенной, когда они только начинали формироваться и расти.

Эпоху первых черных дыр увидеть невозможно, поэтому был поднят важный вопрос — откуда они взялись? По словам Рейнеса, карликовые галактики могут сохранить некоторые следы исходного сценария для этих черных дыр, которые в противном случае были бы потеряны во времени и пространстве .