Исследователи из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, обнаружили рентгеновскую активность, которая проливает свет на эволюцию галактик.
Рентгеновские лучи очерчивают гигантские облака холодного газа в соседней спиральной галактике NGC 4945. Судя по всему, газ прорвался через галактику после того, как ее центральная сверхмассивная черная дыра взорвалась около 5 миллионов лет назад.
«В научном сообществе продолжаются дебаты о том, как развиваются галактики», — сказала Кимберли Уивер, астрофизик из Годдарда, руководившая работой. «Мы находим сверхмассивные черные дыры в центрах почти всех галактик размером с Млечный Путь, и остается открытым вопрос, какое влияние они оказывают по сравнению с эффектами звездообразования. Изучение близлежащих галактик, таких как NGC 4945, которые, как мы думаем, мы наблюдаем в переходный период, помогает нам построить более качественные модели того, как звезды и черные дыры вызывают галактические изменения».
NGC 4945 — активная галактика на расстоянии около 13 миллионов световых лет от нас в южном созвездии Центавра.
Активная галактика имеет необычайно яркий и переменный центр, питаемый сверхмассивной черной дырой, которая нагревает окружающий диск газа и пыли за счет гравитации и сил трения. Черная дыра медленно поглощает материал вокруг себя, что создает случайные колебания излучаемого диском света. Как и большинство активных галактик, черная дыра и диск NGC 4945 окутаны плотным облаком пыли, называемым тором, которое блокирует часть этого света.
Ядра активных галактик также могут вызывать струи высокоскоростных частиц и генерировать сильные ветры, содержащие газ и пыль.
NGC 4945 также является звездообразующей галактикой, а это означает, что она формирует звезды гораздо быстрее, чем наша собственная. По оценкам ученых, каждый год она производит массу, эквивалентную 18 звездам, подобным нашему Солнцу, что почти в три раза превышает скорость Млечного Пути. Почти все звездообразование сосредоточено в центре галактики. Звездообразование длится от 10 до 100 миллионов лет и заканчивается только тогда, когда истощается сырье для создания новых звезд.
Уивер, научный сотрудник НАСА по проекту XMM-Newton, и ее команда изучали NGC 4945 с помощью спутника. В своих данных они увидели то, что ученые называют линией железа К-альфа. Эта особенность возникает, когда очень энергичное рентгеновское излучение диска черной дыры встречается с холодным газом в другом месте. (Температура газа составляет около минус 400 градусов по Фаренгейту или минус 200 по Цельсию.) Линия железа часто встречается в активных галактиках, но до этих наблюдений ученые ранее считали, что она возникает в масштабах, гораздо более близких к черной дыре.
«Чандра нанесла на карту железо К-альфа в других галактиках. В данном случае это помогло нам изучить отдельные яркие источники рентгеновского излучения в облаке, чтобы исключить другие потенциальные источники, помимо черной дыры», — сказала Дженна Канн, соавтор и научный сотрудник Годдарда. «Но линия NGC 4945 простирается так далеко от ее центра, что нам потребовалось широкое поле зрения XMM-Newton, чтобы увидеть все это».
Поскольку NGC 4945 с нашей точки зрения наклонена почти с ребра, XMM-Newton смог нанести на карту протяженность ее железной линии как вдоль, так и над плоскостью галактики, проследив ее до 32 000 и 16 000 световых лет соответственно – на порядок дальше, чем наблюдавшиеся ранее линии железа.
Научная группа считает, что холодный газ, выделенный линией, является реликтом струи частиц, вырвавшейся из центральной черной дыры галактики около 5 миллионов лет назад.
Уивер и ее коллеги продолжат наблюдать NGC 4945, чтобы увидеть, смогут ли они обнаружить другие способы влияния черной дыры на эволюцию галактики. Те же рентгеновские лучи от диска, которые в настоящее время выделяют холодный газ, также могут начать его рассеивать. Поскольку для формирования звезд понадобится этот газ, ученые могли бы измерить, как активность вокруг черной дыры галактики может погасить фазу ее звездообразования.
«Существует ряд доказательств того, что черные дыры играют важную роль в некоторых галактиках, определяя историю их звездообразования и судьбы», — сказал соавтор Эдмунд Ходжес-Клюк, астрофизик из Годдарда. «Мы изучаем множество галактик, таких как NGC 4945, потому что, хотя физика от черной дыры к черной дыре практически одинакова, влияние, которое они оказывают на галактики, сильно различается. XMM-Newton помог нам обнаружить галактическое ископаемое, о котором мы даже не знали, но, скорее всего, это лишь первое из многих».
Обсерватория XMM-Ньютон ЕКА была запущена в декабре 1999 года из Куру, Французская Гвиана. НАСА профинансировало элементы пакета инструментов XMM-Newton и предоставило Центр гостевых наблюдателей НАСА в Годдарде, который поддерживает использование обсерватории американскими астрономами.