В центрах некоторых галактик скрываются активные ядра – невероятно яркие области, где сверхмассивная черная дыра активно поглощает окружающее вещество. В процессе этого поглощения высвобождается колоссальное количество энергии, которое в ряде случаев питает узкие струи, или джеты, вырывающиеся из центра галактики. Эти джеты способны выталкивать газ за пределы галактики, напрямую влияя на ее способность формировать новые звезды.
Команде астрономов под руководством Джастина Кадера удалось наблюдать этот процесс в действии в близкой активной галактике VV 340a. Их выводы показывают, что джет, запущенный центральной черной дырой, создает мощный отток газа, достаточный для того, чтобы кардинально повлиять на будущее звездообразование в галактике.
Галактика VV 340a с ее «голодной» сверхмассивной черной дырой стала идеальной естественной лабораторией для изучения взаимодействия черных дыр с их родными галактиками. Используя данные наблюдений в инфракрасном, оптическом, радио- и субмиллиметровом диапазонах, исследовательская группа смогла отследить как сам джет, так и газ, который он выбрасывает. В проекте были задействованы мощности нескольких ведущих обсерваторий, включая космический телескоп «Джеймс Уэбб», телескоп Кека, комплекс радиотелескопов VLA и массив ALMA. Каждый инструмент предоставил свой фрагмент общей мозаики, позволив ученым составить полную картину перемещения энергии от черной дыры сквозь галактику.
Данные показали, что джет по мере своего продвижения ионизирует газ и выталкивает его прочь от галактического центра. По оценкам исследователей, галактика теряет газ со скоростью 19,4 ± 7,9 солнечных масс в год. Это эквивалентно потере массы девятнадцати таких звезд, как наше Солнце, ежегодно – объема, вполне достаточного, чтобы нарушить поставки «строительного материала» для новых светил.
Объединив наблюдения с компьютерным моделированием, команда обнаружила, что джет из VV 340a движется не по прямой линии. Вместо этого он медленно описывает конусообразную траекторию, известную как прецессия. Такое движение напоминает легкое покачивание вращающегося волчка. В крупных масштабах, согласно радиоданным, струя формирует спиральную структуру, распространяясь по галактике. Ученые отмечают, что это первый случай наблюдения прецессирующего радиоджета килопарсекового масштаба в дисковой галактике. Это необычное «колебание» помогает струе взаимодействовать с большим объемом окружающего газа, что делает процесс его выталкивания более эффективным.
Газ, изгоняемый из VV 340a, чрезвычайно энергичен и сильно ионизирован – его атомы потеряли электроны под воздействием экстремальных условий. Астрономы называют такой материал газом корональных линий, заимствуя термин из исследований внешней атмосферы Солнца. В большинстве галактик подобный газ обнаруживается очень близко к черной дыре и редко простирается далеко вглубь. Однако в VV 340a он распространяется на необычно большое расстояние. Инфракрасные наблюдения «Уэбба» сыграли здесь ключевую роль, позволив увидеть эту структуру сквозь плотные облака пыли, которые блокируют видимый свет и скрывают от традиционных телескопов самые энергичные процессы.
Процесс звездообразования напрямую зависит от стабильного притока холодного газа. Когда джет черной дыры нагревает этот газ или полностью выбрасывает его, способность галактики производить новые звезды может резко снизиться. По мнению исследователей, в VV 340a измеренная скорость оттока газа достаточно высока, чтобы со временем значительно ограничить формирование звезд. Хотя в нашем Млечном Пути подобные джеты сейчас неактивны, есть свидетельства того, что центральная черная дыра нашей галактики могла проходить через более активную фазу миллионы лет назад. Изучение таких систем, как VV 340a, помогает астрономам лучше понять, как черные дыры регулируют рост и эволюцию галактик во Вселенной.
Теперь, когда команда идентифицировала редкий случай колеблющегося джета галактического масштаба и связанный с ним отток газа, ученые планируют искать похожие примеры в других галактиках. Обнаружение большего числа подобных систем поможет прояснить, насколько распространены эти мощные взаимодействия и как сильно они формируют жизненные циклы галактик, подобных нашей.
