Черные дыры имеют репутацию пожирателей. Но они также могут способствовать рождению звезд.

Впервые астрофизики наблюдают, как черная дыра помогает создавать новые звезды в карликовой галактике.

Отредактировано 2023-25-06
Звездная галактика Генизе 2-10Оптические данные космического телескопа Хаббл, рентгеновские данные рентгеновской обсерватории НАСА Чандра и радиоданные Очень большого массива Национальной радиоастрономической обсерватории объединяются, чтобы показать звездную галактику Генизе 2-10 во всем ее ярком великолепии.

Когда Эми Рейнес впервые увидела снимки карликовой звездной галактики Хенизе 2-10 в конце 2000-х годов, она была поражена тем, насколько она отличается от других подобных галактик. Газообразная нить длиной 500 световых лет протянулась через туманное пространство, соединяя два пылевых лепестка, в которых зарождались новые звезды. Перед ней был плодовитый звездный питомник, отсюда и термин "звездная вспышка".

После нескольких лет периодического изучения этой уникальной галактической системы Рейнес, которая сейчас является астрофизиком в Университете штата Монтана, и ее студент, астрофизик Зак Шутте, выяснили, почему Хенизе выглядит так, как выглядит: В центре Хенизе находится массивная черная дыра, которая косвенно рождает звезды. Результаты исследования опубликованы в среду в журнале Nature.

Впервые исследователи продемонстрировали явные признаки того, что черные дыры провоцируют звездообразование в такой маленькой галактике, как эта, говорит Фабио Пакуччи, астрофизик из Центра астрофизики | Гарвардского и Смитсоновского университетов, который не принимал участия в исследовании. Вопрос о том, гасят ли черные дыры звездообразование или провоцируют его, был "очень открытым", добавляет он.

Благодаря своей невероятной массе черные дыры захватывают пыль и измельченные останки звезд, которые пролетают слишком близко. Когда астрономические гиганты поглощают свои жертвы, они также могут выбрасывать часть звездного корма. "Они [питаются] окружающим материалом, но делают это довольно грязно", - говорит Рейнес.

Телескопы человечества могут легче обнаружить самые большие, самые плохие черные дыры, потому что эти черные дыры также самые яркие, освещенные падающим газом и пылью, которые нагреваются во время спирального движения к своей гибели. Струи вещества из гравитационных гигантов также достаточно мощны, чтобы рассеять материю и истончить окружающие облака, которые в противном случае сгустились бы в звезды. Эти более светящиеся черные дыры гасят звездообразование - и обычно именно такие черные дыры ученые могут наблюдать.

Карликовые галактики - класс небольших звездных скоплений, в которых есть черные дыры - если они вообще есть - более жестокие. Черные дыры, расположенные в карликовых галактиках, более тусклые, поэтому ученым труднее их обнаружить. А ветры, возникающие из этих скромных черных дыр, не такие сильные, поэтому вместо того, чтобы сдувать небесный мусор, они уплотняют его, подобно снежной буре, нагромождающей сугробы. Эти плотные скопления материи - благодатная почва для создания звезд.

"Мы наблюдаем более мягкий, низкоскоростной отток", - говорит Рейнес, имея в виду относительно легкий поток материи, который выбрасывает черная дыра. "Это как бы помогает подтолкнуть звездообразование".

Если бы существовала карликовая галактика, готовая открыть землянам секреты своей черной дыры, то это была бы галактика Хенизе 2-10. Хенизе - удачный выбор ученых для изучения, потому что она находится близко, всего в 30 миллионах световых лет от нас. Это "как бы на нашем заднем дворе", - говорит Рейнес. Это делает ее настолько доступной для изучения карликовой галактикой, насколько это вообще возможно. Используя данные космического телескопа "Хаббл", Рейнес и Шутте проанализировали свет от Хенизе, обратив внимание на длины волн, которые указывают на присутствие компонентов ранних звезд: водорода, кислорода и серы. Черная дыра Хенизе не только извергала эти элементы, но и пульсировала в соответствии с вращением черной дыры.

Этот результат подтвердил, что новые звезды формируются непосредственно из остатков пирующей черной дыры. "В основном мы видим небольшую когерентную, колеблющуюся картину в доплеровских сдвигах", - говорит Шютте. "Существует когерентный поток, возникающий в черной дыре и распространяющийся на области звездообразования".

Галактика Henize 2-10, рассматриваемая на определенной длине волныГениза 2-10, рассмотренная на определенных длинах волн, более четко показывает нитевидную структуру, образованную оттоками материала из черной дыры. Белый эллипс в центре изображения обозначает местоположение черной дыры. NASA/STScI.

По словам Роберто Майолино, астрофизика из Кембриджского университета, не участвовавшего в исследовании, это исследование "может послужить толчком для последующих наблюдений в других подобных галактиках" за пределами Хенизе. Карликовые галактики являются наиболее богатым типом звездных систем, говорит он, поэтому звездообразование, порождаемое черными дырами, может быть относительно распространенным явлением.

Более того, карликовые галактики не только являются строительными блоками более крупных звездных скоплений, но и, как считается, отражают самые ранние звездные скопления во Вселенной. "Эти карликовые галактики дают нам местный испытательный стенд для изучения теорий формирования ранних галактик", - говорит Майолино. Понимание секретов карликовых галактик может помочь понять многие другие ранние и продолжающиеся астрономические явления во всей Вселенной".

Рейнес уже в погоне - в будущем она планирует переключить свое внимание на другие черные дыры и карликовые галактики за пределами Хенизе. Она говорит, что ответила на свои вопросы об этой звездной системе, которая так долго пленяла ее. Возможно, Хенизе таит в себе еще больше загадок, которые предстоит разгадать другим астрофизикам, но "я чувствую себя вполне удовлетворенной", - говорит Рейнес о своем исследовании. "Для меня это завершение, по крайней мере, на данный момент".