Телескоп ALMA получил первые в истории снимки диска аккреции черной дыры — «бублика» из разогретого газа и материи, который вращается вокруг нее и который она постепенно поглощает.
«Объясняя различные черты квазаров, мы давно считали, что активные сверхмассивные черные дыры окружает структура из газа и пыли, похожая на бублик. Увидеть его мы не могли, так как он обладает крайне небольшими размерами. Только благодаря сверхвысокому разрешению ALMA нам удалось реализовать эту мечту и подтвердить, что он существует», — рассказывает Масатоси Иманиси из Национальной астрономической обсерватории Японии в Токио.
Космические пончики и бублики
Сверхмассивные черные дыры существуют в центре практически любой галактики. В отличие от черных дыр, возникающих при коллапсе звезд, их масса в несколько миллионов раз больше солнечной. Они периодически поглощают звезды, другие небесные тела и газ, и выбрасывают часть захваченной материи в виде джетов — пучков разогретой плазмы, движущихся с околосветовой скоростью.
Эти выбросы, как сегодня считают астрономы, являются результатом того, что черные дыры не способны поглощать материю в неограниченных количествах. Существует некая граница, которую астрофизики называют пределом Эддингтона, при достижении которой материя начинает скапливаться в окрестностях черной дыры в виде горячего «бублика» из материи, диска аккреции, где частицы материи трутся друг об друга, разогреваются до сверхвысоких температур и выбрасываются черной дырой в космос.
Далеко не все черные дыры, как объясняет Иманиси, ведут себя таким образом — к примеру, объект в центре нашей галактики, Sgr A*, отличается скромными аппетитами и нравами и не имеет джетов и диска аккреции. То, как он образуется и почему некоторые черные дыры резко теряют аппетит или наоборот, его приобретают, является сегодня одним из главных вопросов в астрономии.
Японские астрофизики сделали первый шаг к раскрытию этой загадки, наблюдая за спиральной галактикой M77 в созвездии Кита, одной из ближайших соседок Млечного Пути, используя мощности микроволнового телескопа ALMA, установленного на высокогорном плато Чахнантор в Чили.
Обед черной дыры
Диск этой галактики смотрит в нашу сторону «лицом», что позволяет астрономам следить за тем, что происходит в ее центре, где находится одна из самых активных и ярких сверхмассивных черных дыр в ближайших окрестностях Млечного Пути.
Для поиска «бублика» в ее центре ученые из Японии пошли на хитрость — они наблюдали за двумя типами молекул, которые могут присутствовать в окрестностях черной дыры, но ведут себя неодинаково в разных условиях. К примеру, молекулы угарного газа, которые ALMA хорошо «видит», присутствуют практически во всех уголках галактик, и они могут излучать микроволны практически в любых условиях.
С другой стороны, другие вещества, такие как синильная кислота или некоторые альдегиды, простейшие соединения кислорода, водорода и углерода, становятся заметными для антенн ALMA только в тех случаях, если они находятся в особенно плотных облаках газа. Диск аккреции, как объясняют астрономы, должен быть гораздо плотнее, чем окружающие его скопления материи, и его можно будет обнаружить, наблюдая за избытком этих двух соединений.
Эта идея оправдала себя — японским астрофизикам удалось получить первые детальные фотографии «бублика» диска аккреции, и неожиданно раскрыть несколько его свойств, которые ученые не ожидали увидеть. К примеру, оказалось, что он обладает крайне вытянутой и неровной формой, что говорит о том, что его вращением вокруг черной дыры управляют какие-то случайные процессы, а не только притяжение «хозяина» центра галактики.
Как надеются астрономы, дальнейшие наблюдения за M77 помогут нам понять, как именно ее «бублик» приобрел столь необычную форму, и почему черная дыра в центре Млечного Пути не обладает им.
