Надмасивні чорні діри розташовуються в центрах галактик, приховані хмарами газу й пилу, і зазвичай тримають свої найбурхливіші прояви поза полем зору. Проте іноді вони влаштовують справжнє космічне шоу. Нещодавні спостереження зафіксували один із таких гігантів у момент активності: чорна діра спалахнула в рентгенівському діапазоні та випустила потужні вітри, що стрімко помчали крізь простір. Уся подія тривала лише кілька годин — незвично короткий час для об’єкта, маса якого у мільйони разів перевищує масу Сонця.
Чорна діра запускає екстремальні вітри
NGC 3783 — це спіральна галактика, розташована приблизно за 140 мільйонів світлових років від Землі. Астрономи, які її досліджували, помітили різкий спалах рентгенівського випромінювання в центрі галактики. Коли спалах згас, з області навколо чорної діри почали вириватися вітри. Вони рухалися зі швидкістю близько 60 000 кілометрів за секунду — майже п’ята частина швидкості світла. Такі раптові зміни трапляються вкрай рідко, особливо за настільки короткий проміжок часу.
«Ми ще ніколи не спостерігали, щоб чорна діра створювала вітри так швидко. Уперше ми побачили, як стрімкий спалах рентгенівського випромінювання миттєво запускає надшвидкі вітри — вони формуються буквально за один день», — зазначив Лії Ґу, дослідник з Нідерландської організації космічних досліджень (SRON).
Спалах у центрі NGC 3783
Для спостережень команда використала два потужні рентгенівські телескопи — XMM-Newton та XRISM. Разом вони відстежували, як виникав і згасав спалах, а також як формувалися та змінювалися вітри. XRISM аналізував швидкість і структуру потоків, тоді як XMM-Newton стежив за еволюцією спалаху та вимірював силу вітрів.
Чорна діра, що спричинила цю активність, має масу приблизно у 30 мільйонів сонць. Вона розташована в центрі галактики, де матерія закручується всередину, розігрівається і випромінює величезну кількість енергії. Цю яскраву область називають активним галактичним ядром (AGN). Такі ядра випромінюють у багатьох діапазонах і часто породжують потужні струмені та вітри.
«Активні галактичні ядра — надзвичайно захопливі й інтенсивні області, і вони є ключовими об’єктами для спостережень як XMM-Newton, так і XRISM», — зазначив Маттео Ґуайнацці, науковий керівник проєкту XRISM в Європейському космічному агентстві (ESA).
Що могло запустити ці вітри
Фахівці припускають, що вітри виникли через різку зміну магнітного поля в активному ядрі. За словами Ґуайнацці, потоки могли з’явитися в момент, коли магнітне поле раптово «розкрутилося», подібно до того, як на Сонці виникають спалахи. Різниця лише в масштабах: Сонце значно менше за надмасивну чорну діру, але базові фізичні процеси можуть бути схожими.
Порівнюючи це явище з подіями поблизу нашої зорі, команда звернула увагу на корональні викиди маси — потужні потоки плазми, які Сонце іноді викидає в космос. Наприклад, 11 листопада один із таких викидів досяг швидкості 1 500 кілометрів за секунду. Це значно повільніше, ніж вітри з NGC 3783, але механізм їх виникнення може бути спорідненим.
Вітри та еволюція галактик
Швидкі вітри з активних галактичних ядер можуть істотно впливати на майбутнє галактик. Вони переносять енергію назовні та здатні змінювати процеси утворення нових зір.
«Активні ядра з потужними вітрами відіграють важливу роль у тому, як галактики еволюціонують з часом і як у них формуються нові зорі», — зазначила Камілла Дієс, учасниця команди та наукова співробітниця ESA.
Їхня магнітна активність також допомагає вченим краще зрозуміти, як галактики змінюються протягом мільярдів років.
Уроки з NGC 3783
Телескоп XMM-Newton досліджує Всесвіт у високих енергіях уже понад 25 років. XRISM, запущений у вересні 2023 року, зосереджується на вивченні руху матерії та енергії в космосі. Разом ці два інструменти змогли зафіксувати рідкісну подію та детально дослідити спалах і вітри, які він породив.
«Це відкриття стало можливим завдяки успішній співпраці — ключовому елементу всіх місій ESA», — сказав Ерік Кюлкерс, науковий керівник проєкту XMM-Newton. «Зосередившись на активній надмасивній чорній дірі, два телескопи виявили те, чого ми раніше не бачили: швидкі, надшвидкі вітри, запущені спалахом, які нагадують процеси, що відбуваються на Сонці». «Особливо захопливо те, що це свідчить: сонячна та високоенергетична фізика можуть працювати дивовижно подібним чином у всьому Всесвіті».
Повне дослідження опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.