Астрономы узнали, как накормить черную дыру

В активной галактике NGC 1566 в созвездии Золотая Рыба астрономы смогли наблюдать волокна пыли, которые подпитывают черную дыру. Предполагается, что именно они являются причиной затемнения центров галактик с активными черными дырами.

Сверхмассивные черные в центрах галактик содержат огромное количество вещества, в миллионы раз больше массы Солнца. Обычно это 10⁵—10¹¹ Солнечных масс, но самая тяжелая сверхмассивная черная дыра в квазаре TON 618 в созвездии Гончих Псов содержит 66 миллиардов масс Солнца. К тому же дыры обладают высочайшей плотностью вещества, сконцентрированного в относительно небольшом пространстве.

Массивная черная дыра в галактике Arp 220 (художественное изображение на основе снимков с телескопа Hubble). Затемнение центров галактик с активной черной дырой может быть связано с ее подпиткой волокнами пыли из окружающего пространства. Изображение: NASA/JPL-Caltech

При этом черные дыры, благодаря огромной гравитации, могут захватывать материю из окружающих их галактик. Этот процесс называется аккрецией и характерен также для звездных тел, которые способны приращивать массу за счет гравитационного захвата газа и пыли из межзвездного пространства.

В моменты аккреции черные дыры выделяют огромное количество энергии, но астрономам крайне редко удается наблюдать непосредственно процесс поглощения материи черной дырой.  

Однако исследователям из Канарского института астрофизики удалось запечатлеть поглощение материи в галактике NGC 1566, которая находится на удалении примерно 40 миллионов световых лет от Земли и содержит в центре активную сверхмассивную черную дыру.

На комбинированных изображениях с космического телескопа Хаббл, Очень большого телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории и Атакамской большой решетки миллиметрового диапазона (ALMA) в Чили видно, как пыль собирается в длинные узкие волокна и направляется к центру галактики. Изображения были сделаны с высоким угловым разрешением и панорамной визуализацией пространства, окружающего дыру. Именно это позволило наблюдать формирование и всасывание пылевых волокон.

Фото процесса ядерной подпитки черной дыры в галактике NGC 1566: пылевые нити, окружающие активное ядро, захватываются и вращаются по спирали вокруг черной дыры, пока она не поглотит их. Изображение: ESO

Скорость частиц пыли в процессе «кормления» достигает 80 км/сек. По мере приближения к черной дыре волокна разделяются на длинные полосы, которые вращаются по спирали вокруг центра дыры, пока она не поглотит их.

Длина волокон составляет несколько сотен световых лет, а ширина – менее десяти световых лет, но в сравнении с массой самой черной дыры это относительно небольшое количество вещества. Основываясь на примерных размерах волокон и скорости их поглощения, исследователи посчитали, что черная дыра в галактике NGC 1566 «съедает» в год менее 1/100 массы Солнца или около 3300 масс Земли.

{video id="239"}
Симуляция процесса «кормления» черной дыры, созданная учеными из Северо-Западного университета (Иллинойс): газ и частицы пыли в галактике закручиваются по спирали и устремляются к центру черной дыры. Видео: Northwestern University

Исследование проводилось в рамках долгосрочного проекта MAK PARSEC, цель которого – понять, как именно сверхмассивные черные дыры пробуждаются после периода бездействия и накапливают вещество из окружающего пространства. Кроме того, предположительно, именно вращающиеся пылевые волокна могут быть причиной затемнения центров активных галактик.