Черные дыры разогревают Вселенную

Группа ученых из Стэнфордского университета (США), Института космических исследований РАН (ИКИ РАН), Института астрофизики Общества им. Макса Планка (Германия), Оксфордского университета (Великобритания) и ряда других институтов обнаружили механизм, с помощью которого нагревается газ в скоплениях галактик.

Причиной нагрева являются турбулентные потоки, которые образуются в результате движения "пузырей" разогретой плазмы, которую черные дыры разгоняют до околосветовых скоростей. Как сообщается на сайте ИКИ РАН, статья об открытии будет опубликована 6 ноября 2014 года в печатной версии издания  Nature.

Для того чтобы вникнуть в суть открытия, нужно понять суть загадки скоплений галактик, которая много лет интриговала астрономов. Во Вселенной самые массивные объекты – это скопления галактик. Они состоят из сотен, тысяч галактик, темной материи и горячего газа, которые удерживаются вместе гравитацией. Основная масса скоплений приходится на горячий газ, разогретый до температур в миллионы градусов.

Газ интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, и поскольку энергия на излучения черпается из тепловой энергии газа, со временем скопления должны остыть. Как результат – в центрах древних скоплений, которым уже миллиарды лет, из остывшего газа должны активно образовываться  новые звезды. Однако астрономы не нашли холодного газа в скоплениях, а значит в них есть какой-то источник нагрева.

Ученые предположили, что источник нагрева – это сверхмассивные черные дыры в центрах скоплений галактик. Предыдущие наблюдения показали, что энергии пузырей плазмы, "надутых" сверхмассивной черной дырой, достаточно для поддержания высокой температуры газа в скоплениях, но до сих пор было неясно, как эта энергия передается.

Скопление галактик в созвездии Персея в рентгеновском диапазоне. Синий цвет – меньшая яркость в рентгеновском диапазоне, белый –  более высокая 

Чтобы решить загадку,  исследователи использовали данные орбитальной рентгеновской обсерватории НАСА Chandra. По словам ведущего научного сотрудника ИКИ РАН Алексея Вихлинина, рентгеновская съемка Chandra позволяет измерять малейшие (в космических масштабах) флуктуации плотности горячего газа.

Моделирование пузырей плазмы в центрах скоплений галактик 

Как оказалось, в скоплениях функционирует сложная система: остывающий газ питает черную дыру, которая в ответ надувает пузыри плазмы, а те в свою очередь формируют турбулентные потоки газа, разогревающие в конечном итоге скопления. Как считает главный научный сотрудник ИКИ РАН академик РАН Рашид Сюняев, подобное взаимное влияние черной дыры и газа может наблюдаться и в других объектах, где есть большое количество горячего газа, например в группах галактик и отдельных массивных эллиптических галактиках.

Таким образом, сверхмассивные черные дыры в некотором смысле не дают Вселенной "омолодиться" за счет новых звезд.