Супермасивна чорна діра викидає енергію на відстань 300,000 світлових років у глибокий космос

Супермасивні чорні діри відомі своєю величезною гравітацією, яка притягує все, що наближається, навіть світло. Проте нове дослідження вказує на те, що ці космічні гіганти можуть також викидати величезні обсяги енергії, викликаючи потужні збурення, які поширюються на сотні тисяч світлових років у космосі.

Дослідження, проведене Сатоші Ямадою з Тохокського університету в Японії, показало, що вітри, які генеруються активною супермасивною чорною дірою, виявляються приблизно в 100 разів потужнішими, ніж раніше оцінювали астрономи.

Ці викиди, за словами вчених, вносять енергію, що дорівнює кільком мільярдам вибухів наднових, створюючи турбулентність у гарячому газі на відстані приблизно 300,000 світлових років — далеко за межами самої галактики.

"Чорні діри в основному відомі своєю здатністю всмоктувати матерію, але вони також викидають газ у формі потужних вітрів," — зазначив Ямада в заяві. "Ці вітри вважалися обмеженими в межах галактики, але наше дослідження показало, що сила викидів значно перевищує попередні уявлення."

Щоб виміряти масштаб цих викидів, Ямада та його колеги спостерігали за H1821+643, яскравим квазаром у сузір'ї Дракона, розташованим приблизно за 3.4 мільярда світлових років від Землі. Галактика, що містить H1821+643, знаходиться в центрі щільного галактичного кластера і має активну супермасивну чорну діру, маса якої оцінюється в три-чотири мільярди сонячних мас.

Протягом тижневого спостереження у вересні 2024 року, команда Ямади використала XRISM, рентгенівський супутник, запущений японським космічним агентством у 2023 році, щоб відстежити хімічний підпис іонізованих атомів заліза в навколишньому гарячому газі. Вивчаючи, як світло від цих іонів заліза розширювалося та розтягувалося, дослідники змогли визначити швидкість руху газу та його турбулентність, згідно з заявою.

Спостереження показали, що турбулентність викликана енергією, що вивільняється від квазара, і її вплив поширюється на відстані близько 300,000 світлових років від чорної діри, зазначає дослідження.

Цей результат є продовженням багаторічних спостережень за H1821+643, який насправді є найближчим відомим квазаром до Землі, розташованим у галактичному кластері, за даними NASA.

Одним з найбільш інтригуючих відкриттів стало спостереження у 2022 році, коли дослідження обертання чорної діри за допомогою рентгенівської обсерваторії Chandra NASA показало, що вона обертається вдвічі повільніше, ніж її менші колеги, які обертаються близько до швидкості світла.

"Мільйонне питання: чому?" — зазначив Крістофер Рейнольдс, астроном з Кембриджського університету та співавтор дослідження 2022 року, у своїй заяві.

Згідно з цим дослідженням, одна з провідних гіпотез полягає в тому, що такі гіганти, як H1821+643, зростали переважно через повторні злиття з іншими чорними дірами, які прибували з різних напрямків. Ці хаотичні зіткнення могли неодноразово порушувати обертання чорної діри, замість того, щоб стабільно розкручувати її через тривалий акреційний диск.

Хоча точне походження її повільного обертання залишається відкритим питанням, вплив чорної діри явно виходить далеко за межі її галактики.

"Вперше ми показали, що чорні діри впливають на ширше космічне середовище через шокову хвилю вражаючої потужності," — зазначив Ямада в заяві.

"Чорні діри є ключовими драйверами газових потоків і руху в космосі, транспортують величезні обсяги енергії в різні регіони космосу."

Це дослідження також описане в статті, опублікованій 28 липня в журналі Nature Astronomy.