Супермассивная черная дыра выбрасывает энергию на расстояние 300,000 световых лет в глубокий космос

Супермассивные черные дыры известны своей огромной гравитацией, способной притягивать все, что оказывается слишком близко, включая свет. Однако новое исследование показывает, что эти космические гиганты также могут выбрасывать колоссальные объемы энергии, вызывая мощные возмущения, которые распространяются на сотни тысяч световых лет в пространстве.

Группа ученых под руководством Сатоши Ямада из Тохокского университета в Японии обнаружила, что ветры, создаваемые активно поглощающей супермассивной черной дырой, в 100 раз мощнее, чем считали астрономы ранее.

По словам ученых, эти выбросы энергии сопоставимы с несколькими миллиардами сверхновых взрывов, вызывая турбулентность в горячем газе на расстояниях около 300,000 световых лет — далеко за пределами самой галактики.

"Черные дыры в основном известны тем, что поглощают материю, но они также выбрасывают газ в виде мощных ветров", — заявил Ямада в своем заявлении. "Эти ветры считались ограниченными пределами галактики, но наше исследование показало, что сила их воздействия значительно превышает прежние оценки".

Для измерения масштабов этих выбросов Ямада и его коллеги наблюдали за квазаром H1821+643, который находится в созвездии Дракона на расстоянии около 3.4 миллиарда световых лет от Земли. Галактика, в которой расположен H1821+643, находится в центре плотного кластерного скопления и содержит активную супермассивную черную дыру, масса которой оценивается в три-четыре миллиарда солнечных масс.

В ходе недельного наблюдения в сентябре 2024 года Ямада и его команда использовали спутник XRISM, запущенный Японским космическим агентством в 2023 году, чтобы отслеживать химический состав ионизированных атомов железа в окружающем горячем газе. Изучая, как свет от этих ионов железа растягивался и расширялся, исследователи смогли определить скорость движения газа и степень его турбулентности.

Наблюдения показали, что турбулентность вызвана энергией, выделяемой квазаром, и ее влияние достигает расстояний около 300,000 световых лет от черной дыры.

Этот результат является продолжением многолетних наблюдений за H1821+643, который, согласно данным NASA, является ближайшим известным квазаром к Земле, находящимся в галактическом скоплении.

Одним из более интригующих открытий стало то, что в 2022 году наблюдения за вращением черной дыры с использованием рентгеновской обсерватории NASA Чандра показали, что она вращается в два раза медленнее, чем ее меньшие собратья, которые вращаются близко к скорости света.

"Миллион долларов вопрос: почему?" — сказал Кристофер Рейнольдс, астроном из Кембриджского университета и соавтор исследования 2022 года.

Согласно этому исследованию, одна из основных гипотез заключается в том, что такие гиганты, как H1821+643, в основном росли за счет многократных слияний с другими черными дырами, приходящими с разных направлений. Эти хаотичные столкновения могли неоднократно нарушать вращение черной дыры, вместо того чтобы стабильно увеличивать его скорость за счет долгоживущего аккреционного диска.

Хотя точное происхождение ее медленного вращения остается открытым вопросом, влияние черной дыры явно простирается далеко за пределы ее родной галактики.

"Впервые мы показали, что черные дыры влияют на более широкую космическую среду через ударную волну удивительной силы", — отметил Ямада.

"Черные дыры являются ключевыми двигателями газовых потоков и движения в пространстве, перенося огромные объемы энергии в различные регионы космоса".

Это исследование также описано в статье, опубликованной 28 июля в журнале Nature Astronomy.