Астрономы, используя системы Very Long Baseline Array (VLBA) и Very Large Array (VLA), зафиксировали сверхмассивную черную дыру в момент её пробуждения после длительного сна. Это позволило получить уникальное представление о самых ранних стадиях активности черной дыры и по-новому взглянуть на то, как эти космические гиганты начинают влиять на окружающую среду, что поможет лучше понять эволюцию галактик.
Исследование, проведённое под руководством Франческо Убертози из Болонского университета и Национального института астрофизики Италии (INAF/IRA), было сосредоточено на скоплении галактик CHIPS 1911+4455, расположенном примерно в 6 миллиардах световых лет от Земли. Центральная сверхмассивная черная дыра в этом скоплении «включилась» относительно недавно — около тысячи лет назад — начав активно поглощать вещество и запускать реактивные струи.
«Это похоже на наблюдение пробуждения спящего гиганта», отметил Убертози. «Мы видим черную дыру в начале её активной фазы, до того как она существенно повлияла на окружение. Это редкая возможность изучить обратную связь с черной дырой на её ранних стадиях».
Благодаря высокому разрешению VLBA, позволяющему различать детали, эквивалентные чтению газеты в Лос-Анджелесе из Нью-Йорка, команда обнаружила, что струи черной дыры простираются всего около 30 парсеков (примерно 100 световых лет) от ядра — крайне мало по сравнению с десятками тысяч парсеков у зрелых черных дыр.
Наблюдения выявили компактный радиоисточник с симметричными двусторонними струями, характерными для очень молодой радиогалактики возрастом около 1000 лет — космическое мгновение. «Струи настолько молоды и малы, что у них не было времени вытеснить окружающий горячий газ или нарушить процесс его охлаждения в ядре скопления», объяснила соавтор Мириам Гитти из Университета Болоньи и INAF/IRA. Это создаёт уникальные условия для изучения начальной стадии обратной связи с черной дырой.
Большинство исследований сверхмассивных черных дыр сосредоточено на зрелых системах, где черная дыра активна миллионы лет, раздувая огромные радиоизлучающие пузыри и нагревая газ. CHIPS 1911+4455 представляет собой пример «предварительной обратной связи», систему, где можно изучать условия до существенного влияния черной дыры на окружение.
Ранее было показано, что горячий газ в ядре скопления обладает низкой энтропией и быстро охлаждается. «Мы считаем, что видим доказательства того, как впервые активируются сверхмассивные черные дыры», отметил соавтор Паскуале Теми из исследовательского центра Эймса НАСА. Эффективное охлаждение газа, вероятно, обеспечило топливо, пробудившее черную дыру.
При этом окружающая галактика является интенсивной фабрикой звёзд, формируя их со скоростью 140–190 солнечных масс в год — более чем в 100 раз быстрее Млечного Пути. Радионаблюдения VLA выявили протяжённые «усы» радиоизлучения, совпадающие с областями звездообразования, что подтверждает высокую активность звёздного формирования.
Открытие важно для понимания совместной эволюции сверхмассивных черных дыр и галактик. Современные теории предполагают, что обратная связь с черными дырами регулирует звездообразование, но ранее изучались в основном зрелые системы. CHIPS 1911+4455 демонстрирует иной путь запуска этой обратной связи, возможно связанный с недавним слиянием, усилившим охлаждение и активировавшим черную дыру.
Для исследования потребовалось объединение данных VLBA, обеспечивающего сверхвысокое разрешение, и VLA, дающего чувствительность для обнаружения слабого излучения, связанного со звездообразованием. Наблюдения проводились в диапазоне 320 МГц – 5 ГГц, что позволило построить подробные радиоспектры и подтвердить молодой возраст радиоисточника.
Команда планирует продолжить мониторинг CHIPS 1911+4455 и искать похожие системы, чтобы лучше понять процесс запуска обратной связи с черными дырами. «Это открытие позволяет изучать процесс по мере его развития, словно используя машину времени, чтобы увидеть, как эти космические гиганты впервые начинают формировать своё окружение», — подчеркнул Убертози.
Статья опубликована в Astrophysical Journal и представляет важный шаг к пониманию того, как сверхмассивные черные дыры влияют на эволюцию галактик и крупнейших структур во Вселенной.
