Астрономы нашли противовращающиеся диски у сверхмассивной черной дыры

Ученые обнаружили в галактике NGC 1068 два газопылевых тора вокруг центральной сверхмассивной черной дыры, причем они вращаются в противоположные стороны. Это первое прямое свидетельство подобной конфигурации вблизи черных дыр. Взаимодействие таких компонент может приводить к резкому увеличению темпа аккреции на центральное тело и эффективному набору массы черной дырой, пишут ученые в The Astrophysical Journal Letters.

Сегодня считается, что в центре всех крупных галактик находится сверхмассивная черная дыра. Более того, если центр галактики проявляет заметную активность, то это также связано с черной дырой, а именно падением вещества на нее с превращением гравитационной энергии в другие виды.

Большинство наблюдательных данных об активных ядрах галактик (АЯГ) удается объяснить в рамках теоретической модели, которая предполагает несколько компонентов. В центре располагается сверхмассивная черная дыра, гравитация которой управляет движением всех окружающих тел, черную дыру окружает облако горячего газа, а за ним — газопылевой тор с заметной концентрацией молекул.

В зависимости от ориентации системы относительно луча зрения мы можем непосредственно видеть горячий газ в виде расширенных из-за высоких хаотических скоростей линий излучения или лишь прошедшее сквозь тор излучение, которое частично поглощается в нем. Если видна центральная часть, то говорят о АЯГ первого типа, а в противном случае — второго.

В работе астрономов из Чили, США, Канады, Германии, Великобритании и Италии под руководством Виолетты Импеллицери (Violette Impellizzeri) из Национальной радиоастрономической обсерватории США анализируются новые наблюдения ядра галактики NGC 1068 телескопом миллиметрового диапазона ALMA. Этот объект представляет собой один из наиболее близких АЯГ второго типа, а подробные исследования этого объекта легли в основу единой модели.

Предыдущие исследования ядра NGC 1068 показали сложную кинематику газа на масштабе порядка 10 парсек, а также наличие выбросов вещества из центра со скоростью до 450 километров в секунду. Новые наблюдения с пространственным разрешением в 1,4 парсека позволили разобраться в движениях газа в непосредственной близи от черной дыры — оказалось, что вокруг нее расположено два вращающихся в разные стороны диска.

Внутренний диск располагается на удалении от 0,5 до 1,2 парсек от черной дыры, в то время как внешний простирается до 7 парсек. Движение газа внутреннего диска соответствует кеплеровским скоростям обращения вокруг черной дыры и совпадает с кинематикой уже наблюдавшихся в этой системе водяных мегамазеров — протяженных космических источников когерентного излучения. Внешний диск также крутится согласно законам Кеплера, но скорости частиц в нем направлены в противоположную сторону.

Закон сохранения момента импульса препятствует возникновению противовращающихся дисков вследствие одного акта выпадения вещества. Такая ситуация также не ожидается в результате эволюции и искривления диска. Авторы приходят к выводу, что внешний диск должен был образоваться из газа, который попал в эту область независимо от вещества ближе к черной дыре и, скорее всего, после него. Также ученые отмечают, что направление вращения внешнего диска также противоположно движению тора на масштабе 100 парсек и в целом движению галактики на масштабе килопарсек.

Противовращение в целом не является исключительным явлением в космосе. Однако ранее подобное наблюдалось в сливающихся галактиках, в случае которых пространственный масштаб потоков на порядки больше. По оценкам авторов, когда диски NGC 1068 начнут касаться друг друга, внешний сколлапсирует за время порядка одного орбитального периода, то есть 30000 лет, что очень быстро для подобных процессов. Это приведет к резкому повышению аккреции на черную дыру и увеличении ее массы — такая хаотическая аккреция считается одним из возможных механизмов быстрого роста сверхмассивных черных дыр, которые набрали массу примерно в миллиард солнечных уже за первый миллиард лет существования Вселенной.

Недавно ученые выяснили, что сверхмассивные черные дыры лишают карликовые галактики новых звезд, а активность ядер галактик может возрастать за несколько месяцев. Также астрономы нашли систему, которая в будущем станет тройной сверхмассивной черной дырой.

Тимур Кешелава