Мегаструктура охватывает 23 миллиона световых лет
Огромные струи материала, выбрасываемые черной дырой, затмевают даже самые большие галактики. Астрономы наблюдали пару огромных струй, выбрасываемых сверхмассивной черной дырой, расположенной в 7,5 миллиардах световых лет от Земли. Согласно новому исследованию, мегаструктура простирается на 23 миллиона световых лет в длину, что делает эти черные дыры крупнейшими из когда-либо наблюдавшихся.
Черные дыры считаются мусорными свалками Вселенной, поглощающими почти все, что к ним приближается, сообщает CNN. Но прежде чем объект упадет в черную дыру, часть материи выбрасывается, образуя струи по обе стороны от черной дыры, говорит Мартин Оэй, научный сотрудник Калифорнийского технологического института и ведущий автор нового исследования, описывающего открытие.
Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Nature.
Струи из черных дыр могут ускорять излучение и частицы до скорости, близкой к скорости света, заставляя их светиться на длинах волн, видимых радиотелескопами. Свечение привлекло внимание астрономов, проводивших новое исследование, когда они наблюдали за небом с помощью европейского радиотелескопа LOFAR (Low Frequency Array) в 2018 году.
Недавно описанные струи обладают мощностью триллионов солнц и настолько огромны, что исследователи прозвали мегаструктуру Порфирионом в честь гиганта из греческой мифологии.
Открытие заставляет астрономов переосмыслить свое понимание того, насколько массивными могут быть струи черных дыр, а также то, как эти гигантские объекты могут влиять на свое окружение и структуру Вселенной.
«Эта пара не просто размером с Солнечную систему или Млечный Путь; мы говорим о 140 диаметрах Млечного Пути в целом», — говорит Мартин Оэй. «Млечный Путь был бы крошечной точкой по сравнению с этими двумя гигантскими извержениями».
Изначально исследователи искали что-то другое с помощью LOFAR: тонкие нити космической паутины. Космическая паутина — это крупномасштабная структура Вселенной, сеть материи, которая проходит через пространство между галактиками, говорит Оэй.
Но, пытаясь наблюдать за космической паутиной, команда обнаружила большие струи, исходящие из галактик. В общей сложности команда обнаружила 10 000 новых пар струй из черных дыр. Статья, описывающая эти пары, была принята к публикации в другом журнале, Astronomy & Astrophysics.
«Когда мы впервые обнаружили гигантские струи, мы были весьма удивлены, — признается Оэй. — Мы понятия не имели, что их так много.
Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупных галактик. Наблюдения команды показали, что все большее число галактик имеют струи черных дыр, простирающиеся далеко за их пределы, сообщает Oei.
Исследователь из другой области, соавтор исследования Айвин Гаст, первым заметил пару самых массивных струй, сообщает CNN. В то время Гаст был студентом, изучающим классическую археологию и древнюю историю в Оксфордском университете. Но поскольку его основная научная работа была приостановлена из-за пандемии, он предложил Мартину Оею помочь визуально изучить радиоизображения, полученные LOFAR.
«После того, как мы нашли Порфирион, мы оба были очень взволнованы, и после разговора об этом я почувствовал благоговение от того, что увидел и обнаружил что-то особенное, чего никто раньше не ценил», — сказал Оэй.
Как только команда определила галактику, из которой произошли струи, «Айвин использовал свой классический опыт и предложил дать системе красивое название «Порфирион», которое она теперь носит», — добавил Оэй.
До наблюдений LOFAR считалось, что крупные струйные системы редки и должны быть меньше по размеру. До открытия Порфириона крупнейшей подтвержденной струйной системой черной дыры была Альционея.
В 2022 году та же группа открыла Альционею, также названную в честь мифического греческого гиганта, и эта струйная система равна примерно 100 галактикам Млечного Пути.
Диаметр галактики Млечный Путь оценивается в 100 000 световых лет. Один световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, или 9,46 триллиона километров.
Но авторы исследования пошли более широким путем и учли, что ширина Млечного Пути составляет 163 078 световых лет, чтобы учесть все звезды и невидимую материю в галактике, сообщает Oei.
Поэтому они определили, что диаметр Порфириона эквивалентен 140 диаметрам Млечного Пути.
Теперь, говорят авторы, они верят, что по мере совершенствования технологии радиотелескопов станет возможным обнаружить джеты, большие, чем Порфирион.
Чтобы узнать больше о происхождении струй, команда провела дополнительные наблюдения с использованием гигантского радиотелескопа Metrewave в Индии и обсерватории W. M. Keck на Гавайях. Наблюдения показали, что далекая галактика примерно в 10 раз массивнее Млечного Пути.
Данные, собранные Гавайской обсерваторией, также показали, что структуры возникли из активной черной дыры в режиме излучения, а не из того типа, который, как известно, производит более крупные струи, что удивило исследователей.
Когда сверхмассивные черные дыры становятся активными, их гравитационная сила нагревает окружающий материал, который выделяет энергию в форме излучения или струй. Радиационные черные дыры чаще встречаются в далекой Вселенной, в то время как струйные черные дыры чаще встречаются в ближней Вселенной, говорят исследователи.
«Наше исследование показывает, что радиационно-активные черные дыры могут быть способны генерировать гигантские джеты, точно так же, как джето-активные черные дыры в соседней Вселенной», — говорит Мартин Оэй. «Мы узнаем, что гигантские струи могут быть древним явлением: теперь мы знаем, что они существовали на протяжении большей части истории Вселенной. Наш обзор LOFAR покрыл только 15 процентов неба. И большинство этих гигантских струй, вероятно, трудно обнаружить, поэтому мы думаем, что их гораздо больше”.
Понимание того, как долго существуют струи гигантских черных дыр в течение 13,8 миллиардов лет существования Вселенной, может помочь астрономам выяснить, как эти струи повлияли на окружающую среду.
Астрономы сталкиваются с двумя большими вопросами: как Вселенная стала намагниченной и как возникли крупномасштабные структуры космической паутины, которые лежат между галактиками. Массивные струи из черных дыр могли бы помочь ответить на оба вопроса.
Мощные струи из черных дыр, если они сохраняются в течение миллионов лет, могут влиять на поток материи в межгалактическом пространстве, выбрасывая заряженные частицы и магнитные поля в космос, говорят авторы исследования.
«Всякий раз, когда струи достигают межгалактического пространства, мы думаем, что они оказывают большое влияние на нагрев пространства между галактиками и на его намагниченность», — сказал Оэй. «Одним из удивительных результатов обнаружения этой гигантской системы струй является то, что струи из черных дыр могут достигать масштабов космической паутины. Они настолько велики, что, в принципе, могут проникнуть куда угодно”.
Исследования группы показывают, что Порфирион способен нагревать свое окружение в межгалактическом пространстве примерно на 1 миллион градусов.
“Если бы этот нагрев произошел достаточно рано в космическом времени” сказал Оэй, «это может замедлить формирование галактик, для коллапса и формирования которых требуется относительно холодная межгалактическая плазма или газ».