Обнаружены самые мощные во Вселенной потоки вещества

Квазары создают вокруг себя мощные потоки газа.

Квазары создают вокруг себя мощные потоки газа.
Иллюстрация NASA, ESA and J. Olmsted (STScI).

Космический телескоп "Хаббл" зафиксировал потоки вещества, которые, вероятно, являются самыми мощными за всю историю астрономических наблюдений. Речь о колоссальных струях газа, порождаемых сверхмассивными чёрными дырами.

Подробности изложены в шести научных статьях, опубликованных в издании Astrophysical Journal: Supplement Series.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о квазарах. Напомним, что это сверхмассивные чёрные дыры в центрах молодых галактик, на которые интенсивно падает вещество. Раскаляясь, эта материя излучает во всех диапазонах, от радиоволн до гамма-лучей.

Такая картина характерна для многих чёрных дыр, в том числе и находящихся в центрах спокойных галактик, таких как наша. Но "хищницы" в квазарах пируют особенно роскошно, превращая эти объекты в самые мощные во Вселенной источники излучения.

Как известно, электромагнитное излучение оказывает давление на вещество. И если давление солнечного света на поверхность Земли можно обнаружить лишь чувствительными приборами, то в окрестностях квазаров ситуация совсем иная. Там невероятный напор фотонов просто выметает газ из окрестностей.

Вещество, вытолкнутое давлением излучения, врезается в окружающую материю, как бульдозер, и сгребает её перед собой. Так создаётся поток горячего газа, разогнанного до скоростей в сотни и тысячи километров в секунду. По-английски это явление называется quasar outflow, что можно перевести как "поток, исходящий из квазара".

"Ни одно другое явление не несёт больше механической энергии. В течение 10 миллионов лет эти потоки производят в миллион раз больше энергии, чем гамма-всплеск, – объясняет глава исследовательской группы Наум Арав (Nahum Arav) из Политехнического университета Виргинии. – Эти ветры ежегодно переносят сотни солнечных масс вещества. Количество механической энергии, которую несут эти потоки, в несколько сотен раз выше, чем светимость всей галактики Млечный Путь".

В месте, где разогнанные квазаром струи врезаются в окружающий газ, температура достигает миллиардов градусов (для сравнения: в центре Солнца только 15 миллионов градусов). Раскалённая материя ярко светится в рентгеновском диапазоне. Но, поскольку квазары очень далеки, красное смещение превращает эти лучи в ультрафиолетовые. А этот диапазон доступен знаменитому "Хабблу".

В новой работе астрономы с помощью легендарного телескопа исследовали 13 потоков, порождённых четырьмя квазарами. Три из них оказались рекордными за всю историю наблюдений. Их мощность (кинетическая энергия вещества в единицу времени) составляла 1045 – 1046 эрг в секунду, или от триллиона до десяти триллионов солнечных светимостей.

Ещё один поток может похвастаться рекордным ускорением. Величина в 1,5 сантиметра в секунду в квадрате не кажется большой (это в сотни раз меньше ускорения свободного падения на Земле), но она очень велика для подобных процессов. Действуя в течение нескольких лет, это ускорение изменило скорость газа на 1550 километров в секунду (0,5% скорости света). И это изменение скорости – тоже рекордный результат.

Как и ожидалось, во всех исследованных потоках газ высоко ионизирован, то есть большая часть атомов потеряла хотя бы по одному электрону.

Из 13 изученных потоков девять простираются на 300–6500 световых лет, два – на 15–65 световых лет и один – на 0,15–165 световых лет от квазара. Ещё для одного потока астрономы затруднились определить этот параметр.

Однако это не значит, что здесь путь разогнанного газа заканчивается. Скорее он остывает и просто перестаёт быть виден в ультрафиолетовом диапазоне.

Как показывает компьютерное моделирование, эти потоки газа должны простираться на дистанции, сравнимые с размером родительской галактики. Более того, они, скорее всего, выметают газ в межгалактическое пространство. В результате вещество, из которого могли бы образоваться звёзды, даром рассеивается в великой пустоте.

Такое явление могло бы объяснить, почему по-настоящему большие галактики столь редки, а также почему существует связь между массой звёздной системы и её центральной чёрной дыры.

Заметим, что в галактиках, содержащих квазары, действительно наблюдаются мощные потоки относительно холодного газа. Однако многие эксперты сомневаются, что эти так называемые суперветры порождены центральной чёрной дырой, и предлагают другие гипотезы.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как чёрная дыра буквально пробила туннель в межгалактическом газе, устроив самый мощный взрыв в наблюдаемой Вселенной.