«Молодые» черные дыры нарушают законы физики, ученые недоумевают

«Молодые» черные дыры нарушают законы физики, ученые недоумевают

Радиоснимки выявили сотни «молодых», сверхмассивных черных дыр в далеких галактиках, при этом свет галактик движется вокруг неожиданным образом.

Галактики — это огромные космические тела размером в десятки тысяч световых лет, состоящие из газа, пыли и звезд (как наше Солнце).

Учитывая их размер, можно было бы ожидать, что количество света, излучаемого галактиками, будет меняться медленно и неуклонно в течение времени, намного превышающее продолжительность жизни человека.

Но наше исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, обнаружило удивительную популяцию галактик, свет которых меняется намного быстрее, всего за несколько лет.

Что такое радиогалактика?

Астрономы считают, что в центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра. Некоторые из них являются «активными», что означает, что они излучают большое количество радиации.

Их мощные гравитационные поля притягивают материю из окружающей среды и наматывают ее на вращающийся бублик из горячей плазмы, называемый «аккреционным диском».

Этот диск вращается вокруг черной дыры почти со скоростью света. Магнитные поля ускоряют высокоэнергетические частицы от диска длинными тонкими потоками или «струями» вдоль осей вращения черной дыры. По мере удаления от черной дыры эти струи превращаются в большие грибовидные облака или «лопасти».

Вся эта структура составляет радиогалактику, названную так потому, что она испускает много радиочастотного излучения. Ее размер может составлять сотни, тысячи или даже миллионы световых лет в поперечнике, и поэтому могут потребоваться эоны, чтобы увидеть какие-либо изменения.

Астрономы давно задаются вопросом, почему одни радиогалактики огромны, а другие остаются маленькими и ограниченными. Существуют две теории. Во-первых, струи сдерживаются плотным материалом вокруг черной дыры, часто называемым фрустрированными лепестками.

Однако подробности этого явления остаются неизвестными. До сих пор неясно, ограничены ли потоки лишь на время небольшой, чрезвычайно плотной окружающей средой или они медленно продвигаются через более крупную, но менее плотную среду.

Вторая теория, состоит в том, что струи молодые и еще не распространились на большие расстояния.

Старые красные, молодые синие.

И молодые, и старые радиогалактики можно идентифицировать с помощью использования современной радиоастрономии: смотря на их «радиоцвет».

Мы изучили данные обзора GaLactic и Extragalactic All Sky MWA (GLEAM), который рассматривает небо на 20 различных радиочастотах, что дает астрономам беспрецедентный «радиоцветной» вид неба.

Судя по данным, молодые радиогалактики выглядят синими, что означает, что они ярче на более высоких радиочастотах. Между тем старые и умирающие радиогалактики кажутся красными и ярче в нижних радиочастотах.

Мы идентифицировали 554 дочерних радиогалактики. Когда мы посмотрели на идентичные данные, полученные годом позже, мы были удивлены, увидев, что 123 из них изменяли свою яркость, казалось, мерцали.

Нечто размером более одного светового года не может так сильно измениться по яркости менее чем за год без нарушения законов физики. Итак, либо наши галактики были намного меньше, чем ожидалось, либо происходило что-то еще.

В прошлых исследованиях изменчивости радиогалактик использовалось либо небольшое количество галактик, архивные данные, собранные с множества различных телескопов, либо они проводились с использованием только одной частоты.

Для нашего исследования мы изучили более 21000 галактик за год на нескольких радиочастотах. Это делает его первым обзором «спектральной изменчивости», позволяющим увидеть, как галактики меняют яркость на разных частотах.

В то время как яркость большинства наших переменных галактик увеличивалась или уменьшалась примерно на одинаковую величину во всех радиоцветах, некоторые этого не делали. Кроме того, 51 галактика изменилась как по яркости, так и по цвету, что может указывать на причину этой переменности.

Три варианта того, что происходит.

1) Когда свет звезд проходит через атмосферу Земли, он искажается. Это создает эффект мерцания звезд, которые мы видим на ночном небе. Свет от радиогалактик проходил через нашу галактику Млечный Путь и достигал телескопов на Земле.

Таким образом, газ и пыль в нашей галактике могли исказить ее таким же образом, что привело к эффекту мерцания.

2) В нашей трехмерной Вселенной черные дыры иногда стреляют частицами высокой энергии прямо в нашу сторону, на Землю. Эти радиогалактики называют «блазарами».

Вместо длинных тонких струй и больших грибовидных лепестков мы видим блазары как крошечные яркие точки. Они могут демонстрировать крайнюю изменчивость в короткие сроки, поскольку любой небольшой выброс вещества из самой сверхмассивной черной дыры направлен прямо на нас.

3) Иногда сверхмассивная черная дыра извергает дополнительные частицы, они образуют сгусток, медленно перемещающийся по струям. По мере того, как сгусток распространяется, мы можем обнаружить его сначала в «радио-синем», а затем в «радио-красном».

Таким образом, мы можем обнаружить гигантское извержение черной дыры, медленно движущееся в космосе.

Кэтрин Росс, аспирант, Куртинский университет, и Наташа Херли-Уокер, радиоастроном, Кертинский университет.

Статья переиздана из The Conversation.

Источники: Фото: Сверхмассивная черная дыра Геркулеса А, испускающая струи частиц высокой энергии в радиодоли. (NASA/ESA/NRAO)

logo