Странная структура в центре галактики M84 порождена огромной черной дырой
Гигантская черная дыра в центре огромной эллиптической галактики M84 (Мессье 84) оставляет своеобразный след в рентгеновском излучении. Это H-образная структура, вызванная релятивистской струей, созданной падающим материалом внутри черной дыры.
М84 - галактика, похожая на Мессье 87, галактику, содержащую первую черную дыру, сфотографированную с помощью глобального телескопа "Горизонт событий". Как и М87, М84 также является членом кластера Девы. Сверхмассивная черная дыра в М84, а также в М87, NGC 3115, NGC 1600 и в нашей галактике, являются единственными достаточно близкими к Земле и достаточно массивными, чтобы астрономы смогли увидеть их детали на снимках рентгеновской обсерватории NASA Чандра.
Как и черная дыра в М87, дыра в М84 также производит струю частиц. Однако точечный источник рентгеновского излучения от материала, расположенного еще ближе к черной дыре, у М84 более чем в десять раз слабее. Это позволяет более детально изучить газ, падающий к черной дыре в М84, которая находится дальше, не позволяя слабому рентгеновскому излучению, производимому этим газом, быть подавленным свечением источника.
Странное "H" в М84
Когда материал вокруг черной дыры захватывается ее гравитационной силой, он начинает вращаться вокруг нее, образуя так называемый аккреционный диск. Часть газа, вращающегося вокруг дыры, упадет в него и больше никогда не будет наблюдаться.
Другая часть, однако, избежит этой участи и будет выброшена самой черной дырой в виде струй частиц, удаляющихся с релятивистскими скоростями. Пока неясно, какой механизм определяет образование этих струй.
Учитывая ориентацию струй на Землю, профиль горячего газа и форму M84, струи образуют форму, напоминающую букву "H". Эта структура является примером парейдолии. Она возникает, когда люди видят знакомые формы или узоры в случайных данных. Парейдолия может проявляться в любых данных, от облаков до камней и астрономических изображений.
Горячий газ
Астрономы использовали "Чандру" для создания карты горячего газа (цвет фуксии на изображении ниже) в галактике M84 и вокруг нее, на расстоянии около 100 световых лет от черной дыры в центре галактики. Этот газ излучает при температуре в десятки миллионов градусов, поэтому его можно наблюдать в основном в рентгеновских лучах.
Огромная буква "H" имеет высоту около 40 000 световых лет, что составляет половину ширины Млечного Пути. На изображении синим цветом показано радиоизлучение, обнаруженное Очень большим массивом Карла Г. Янского (VLA). Оно показывает джеты, удаляющиеся от черной дыры. Оптические данные Слоановского цифрового обзора неба (белым цветом) показывают структуру M84 и соседних галактик.
Изучая M84 с помощью Чандры и VLA, ученые обнаружили, что джеты могут влиять на поток горячего газа к черной дыре даже больше, чем гравитационное притяжение самой черной дыры. По оценкам команды исследователей, вещество падает к черной дыре с севера, вдоль направления радиоизлучения.
Также выяснилось, что каждый год в черную дыру падает масса, в 500 раз превышающая массу Земли. Это скорость падения, которая составляет лишь четверть от скорости, характерной для направлений, в которых джет не направлен, — на восток и запад. Одна из возможностей заключается в том, что газ каким-то образом "поднимается" вдоль направления струи. Это замедлит его падение в направлении черной дыры.
Падение по направлению к черной дыре
Авторы использовали М84 для проверки модели под названием аккреция Бонди, названной в честь ученого Германа Бонди. Согласно этой модели, вся материя, находящаяся на определенном расстоянии от черной дыры, находится достаточно близко, чтобы испытывать воздействие ее гравитации. Поэтому вся материя, находящаяся в пределах определенной сферы вокруг черной дыры, может начать падать к сингулярности с одинаковой скоростью со всех сторон.
Это приблизительное расстояние представлено пунктирным кругом на изображении выше (левая панель внизу). Однако новые результаты показывают, что аккреция Бонди не происходит в М84, потому что материя не падает равномерно к черной дыре со всех сторон.
Это исследование оказалось очень важным, поскольку оно позволило определить роль релятивистских струй в динамике падающего газа внутри черной дыры. Научная статья будет опубликована в Monthly Notice of the Royal Astronomical Society и доступна в виде препринт-версии .