Ученые приблизились к разгадке старинной тайны: почему в самых крупных галактиках Вселенной наблюдается меньше звезд, чем предсказывают современные теории. Новые исследования свидетельствуют о том, что причиной этого могут быть сверхмассивные черные дыры.
Согласно теоретическим расчетам, самые крупные галактики должны были собрать значительно больше звездной массы, чем наблюдается на практике. Разница между вычисленной и реальной массой указывает на наличие определенного процесса, который замедляет появление новых звезд. Докторант Мичиганского университета Синь (Синди) Сян, используя данные рентгеновской обсерватории XRISM, обнаружила доказательства того, что причиной этого могут быть мощные потоки материи от черных дыр.
Черные дыры известны своей гравитацией, которая настолько велика, что даже свет не может ее преодолеть. Однако вокруг них образуются также крайне яркие зоны. Когда газ и пыль закручиваются по спирали к черной дыре, формируется аккреционный диск — один из самых энергетически мощных объектов во Вселенной. Падающее вещество нагревается до состояния раскаленной плазмы и испускает интенсивное рентгеновское излучение.
В то же время диск порождает мощные выбросы материи — своего рода ветры, способные выбрасывать газ за пределы галактики. Поскольку газ является основным материалом для формирования звезд, подобные потоки могут значительно ограничить будущее звездообразование.
Запущенная в 2023 году японским космическим агентством совместно с NASA и ESA миссия XRISM начала научные наблюдения осенью 2024 года. Энергетическое разрешение этой рентгеновской обсерватории примерно в десять раз превышает показатели ее предшественников, что дает возможность изучать окрестности черных дыр с беспрецедентной детализацией.
«Ранее, без XRISM, мы могли видеть только общие характеристики потоков, — отметила Сян. — Но для ответа на многие вопросы требуется различать тонкие нюансы. Какова структура и геометрия таких потоков? Как и когда запускаются эти ветры?»
Сян и ее коллеги сосредоточились на исследовании галактики NGC 4151, расположенной чуть более чем в 50 миллионах световых лет от Земли. В ее центре находится активное ядро с сверхмассивной черной дырой, активно поглощающей материю.
Ранее Сян удалось продемонстрировать, что ветры из этого диска достигают скоростей, позволяющих навсегда удалить газ из системы, и что запускаются они, по-видимому, благодаря так называемому магнитно-центрифугальному механизму — процессу, родственному механизмам, ответственным за возникновение вспышек на Солнце.