Сверхмассивные чёрные дыры испускают ветры, которые могут уносить газ, препятствуя формированию звёзд. NASA/JPL-Caltech

В центре каждой крупной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. И всякий раз, когда астрономы изучают эти чёрные дыры в соседних галактиках, они замечают мощные потоки горячего газа, вырывающегося из их горизонтов событий. Однако, несмотря на десятилетия наблюдений, чёрная дыра в центре нашей галактики казалась на удивление спокойной.

Теперь исследователи наконец-то нашли доказательства ветров, исходящих от чёрной дыры в Млечном Пути: любопытную конусообразную область, в которой, по-видимому, происходит выброс холодных газов, говорится в препринте, опубликованном на сайте arXiv в прошлом месяце. Это открытие может пролить свет на одну из самых загадочных тайн в астрономии за последние полвека.

«Если это правда, то это было бы очень захватывающим открытием, которое имело бы далеко идущие последствия для центра нашей Галактики», — говорит Лия Ханкла, астрофизик, работающая над докторской диссертацией в Мэрилендском университете. Однако она отмечает, что было бы полезно сначала получить «доказательства существования [ветра], а не просто констатировать его отсутствие», например, в виде потока частиц, скорость которых можно измерить.

Когда газ по спирали попадает в диск из вещества, окружающий сверхмассивную чёрную дыру, он сильно нагревается. Вместо того чтобы упасть в чёрную дыру, часть этого газа выбрасывается наружу под воздействием тепловых, радиационных и магнитных эффектов. Если магнитные эффекты сильны, ветер может принимать форму лазерных струй плазмы, которые вылетают из полюсов чёрной дыры почти со скоростью света. Эти горячие ветры поднимают окружающий холодный газ, унося его прочь от чёрной дыры, а иногда даже за пределы галактики. Этот эффект препятствует образованию звёзд, поскольку крупным скоплениям газа становится сложнее сжиматься в звёздные зародыши.

Но поиск ветра, исходящего от чёрной дыры в нашей Галактике, называемой Стрелец A* (Sgr A*), стал настоящей головной болью — в основном из-за того, что сложно заглянуть за завесу из звёзд, газа и пыли в центре галактики. Хотя телескоп Event Horizon смог увеличить масштаб и получить изображение Sgr A* в 2022 году, линза телескопа размером с планету имеет слишком резкий фокус, чтобы можно было многое узнать об окрестностях чёрной дыры.

Астрофизик из Северо-Западного университета Лена Мурчикова и астроном Марк Горски подумали, что у них может получиться обнаружить ветры с помощью чилийской Большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решётки Атакама (ALMA), которая может проникать сквозь облака пыли. Радиорешётка с 66 антеннами может обнаруживать не только горячий ионизированный газ, но и слабое свечение холодного молекулярного газа, который излучает свет на определённых частотах.

Проведя около 100 часов наблюдений с помощью радиотелескопа ALMA, учёные получили некоторые данные об угарном газе (CO) — газе, который не искали в центре галактики с 1990-х годов, поскольку считалось, что его выбросы слишком хаотичны, чтобы можно было извлечь из них какую-либо пользу. «Может быть, мы посмотрим на него, если у нас будет время», — вспоминает Горски. Когда они приступили к составлению карты распределения угарного газа вблизи чёрной дыры, данные их удивили: они обнаружили отчётливую конусообразную брешь.

Молекулярный газ и рентгеновское излучение вокруг чёрной дыры Sgr A*. Конусообразная полость, определяемая отсутствием холодного газа, указывает на поток горячей плазмы, исходящий от Стрельца A*. М. Д. Горский/Е. Мурчикова

Команда наложила рентгеновские данные, полученные с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра», на карту CO и обнаружила, что они чётко повторяют форму того же конуса. Это позволило исследователям сделать вывод о том, что ранее не обнаруженный ветер из горячей плазмы оттеснял холодный газ с его пути и при этом излучал рентгеновские лучи. Ветер направлен под углом 45° от плоскости галактического диска и простирается примерно на 3 световых года. По словам исследователей, этот угол также указывает на то, что Sgr A* вращается не в соответствии с ориентацией плоскости Галактики.

"Это открытие подтверждает, что «наше место во Вселенной не уникально", — говорит Мурчикова. Теперь исследователям нужно попытаться «выяснить, как возникают эти [ветры]» из-за вращения материи вблизи чёрной дыры, добавляет она.

Шобита Сатьяпал, астрофизик из Университета Джорджа Мейсона, надеется, что это открытие послужит толчком к изучению того, как ветры в близлежащих галактиках меняются в течение жизни чёрной дыры и влияют на формирование звёзд поблизости. «Я думаю, что именно в этой области нас ждёт настоящая революция», — говорит она.

Ханкла считает, что одним из самых важных результатов станет определение того, когда ветер в Sag A* в последний раз был достаточно сильным, чтобы сформироваться в джеты. Изучение ветров чёрной дыры в прошлом и настоящем также может помочь объяснить загадочные явления, называемые «пузырями Ферми»: гигантские, излучающие гамма-лучи области, простирающиеся на 50 000 световых лет выше и ниже плоскости Млечного Пути.

Хотя вопрос о пропавшем ветре в Млечном Пути, возможно, и закрыт, он не так прост. Ветер имеет «странную форму», говорит Горски, предполагая, что близлежащие газовые облака могут отклонять его траекторию. Но независимо от того, так это или нет, добавляет он, результат, несомненно, «меняет наше представление о нашей космической среде обитания».