Астрономы обнаружили сотни невидимых структур — они растут из центра нашей галактики

Несколько миллионов лет назад в ядре нашей галактики произошло извержение центральной сверхмассивной черной дыры Стрелец A* (Sgr A*). Предыдущие радионаблюдения за Sgr A* выявили огромные энергетические двухлопастные пузыри, возвышающиеся на 25 000 световых лет над каждой стороной «зева» черной дыры, а также примерно 1000 вертикальных нитевидных радиоволокон, исходящих от Sgr A* — они похожи на струны огромной арфы. Астрономы  предположили, что оба этих загадочных явления созданы древним извержением черной дыры.

Первые нитевидные филаменты астрономы обнаружили еще в 1984 году — это веретенообразные одномерные вертикальные структуры. Они испускают собственные радиоволны в микроволновой части электромагнитного спектра.

Однако недавно та же команда астрономов из Северо-Западного университета обнаружила меньшую популяцию аналогичных филаментов возле Sgr A*. Есть и различие с предыдущей находкой: они не вертикальные, а расположены вдоль галактической плоскости и расходятся, как спицы в колесе. Изучая их, астрономы смогут больше узнать о вращении черной дыры и ориентации аккреционного диска.

Для наблюдения за структурами астрономы использовали возможности радиотелескопа MeerKAT. Это массив из 64 телескопов, чувствительных к излучению в микроволновом режиме, в диапазоне длин волн от 3 до 30 сантиметров. Ученые использовали метод удаления фона и сглаживания шума на изображениях MeerKAT, чтобы изолировать нити от прочих окружающих структур.

Авторы исследования, вышедшего в The Astrophysical Journal Letters, считают, что в ядре галактики явно произошло что-то, создавшее радиальные филаменты. Вероятнее всего, они могли возникнуть в результате какого-то оттока энергии вследствие активности черной дыры, случившейся несколько миллионов лет назад.

Какие особенности в ранее обнаруженных и недавно найденных структурах выявили астрономы?

• Вертикальные нити перпендикулярны плоскости галактики и простираются примерно на 150 световых лет в длину, тогда как горизонтальные параллельны ее плоскости и имеют длину всего от 5 до 10 световых лет. 

• Горизонтали направлены радиально к центру галактики, где находится Sgr A*. Вертикальные являются магнитными и релятивистскими (это означает, что их частицы движутся со скоростью, близкой к скорости света). 

• Горизонтальные нити испускают тепловое излучение и ускоряют нагретый материал в молекулярном облаке. На данный момент замечено всего несколько сотен таких горизонтальных нитей.

• Вертикальные нити располагаются вокруг ядра галактики, а горизонтальные расходятся только в одну сторону.

• Вертикальных филаментов насчитывается около тысячи, они сгруппированы парами и группами. 

Как и другие сверхмассивные черные дыры, Sgr A * время от времени поглощает материю, а затем из нее извергается сильно намагниченный поток энергии и плазмы. Этот процесс кажется наиболее вероятным объяснением появления пузырей и нитей. Возможно, такая струя столкнулась с облаками газа и пыли, что привело к скрученным магнитным структурам, образующим нити.

Другая гипотеза заключается в том, что молекулярный газ растянулся из-за расширения материи вблизи ядра и каким-то образом сформировались радиальные нити. Такое явление объясняет, почему весь комплекс структур располагается по одну сторону от черной дыры на пересечении центральной молекулярной зоны и широкой центральной пылевой полосы. 

Наконец, также возможно, что гравитационный потенциал центральной перемычки нашей галактики притягивает облако Sgr E. Это тоже могло способствовать формированию нитей.

Однако с вертикальными структурами ситуация иная. Астрономы предлагают несколько вариантов их возникновения. Во-первых, давление космических лучей, которое является следствием древнего извержения черной дыры, может заставлять филаменты принимать вертикальную ориентацию. Во-вторых, вертикальные структуры могут быть результатом взаимодействия крупномасштабного ветра и препятствия —  струи из черной дыры. 

Сейчас очевидно одно: ученым предстоит проделать большую работу, чтобы понять, что произошло при формировании обоих вариантов нитей. Пока та же команда исследователей планирует провести новые радионаблюдения, чтобы наблюдать за изменениями структур.