ALMA досліджує таємниці струменів із велетенських чорних дір

Дві міжнародні групи астрономів використали силу Великого Міліметрового-субміліметрового Масиву Атакама (ALMA), щоб зосередитись на струменях від величезних чорних дір у центрах галактик та спостерігати, як вони впливають на своє оточення. Вчені отримали іще кращу картину молекулярного газу навколо сусідньої "тихої" чорної діри та вловили несподіваний проблиск основи потужного струменю біля далекої чорної діри.

У центрах майже всіх галактик Всесвіту, в тому числі і нашої власної галактики - Чумацького Шляху, знаходяться надмасивні чорні діри, котрі у кілька мільярдів разів перевищують сонячну. У далекому минулому, ці дивні об'єкти були дуже активними та поглинали величезні кількості речовини з навколишнього середовища. Вони надзвичайно яскраво сяяли, викидаючи із себе крихітні фракції тої речовини через надзвичайно потужні струмені. У нинішньому Всесвіті, більшість надмасивних чорних дір набагато спокійніші, ніж то вони були у свої молоді роки, але взаємодія між струменями та їх оточенням продовжує впливати на еволюції галактик.
Два нових дослідження, котрі опубліковані сьогодні в журналі Astronomy & Astrophysics, використали ALMA для вивчення струменів із чорної діри в дуже різних масштабах: у близкій відносно спокійній чорній дірі в галактиці NGC 1433 та в дуже далекому активному об'єкті із назвою PKS 1830-211.
"ALMA виявив дивовижну спіральну структуру в молекулярному газі близько до центру NGC 1433",- говорить Франсуаза Комбе (Паризька обсерваторія, Франція), котра є провідним автором першої статті. "Це пояснює, як саме в чорну діру тече матерія, що її підживлює. Нові більш чіткі спостереження із ALMA дозволили нам виявити струмінь речовини, що витікає із чорної діри, протяжністю всього в 150 світлових років. То найменший із таких молекулярних відтоків, які досі спостерігалися в іншій галактиці".
Відкриття відтоку, яке здійснюється струменем від центральної чорної діри, показує, як вони можуть зупинити формування зірок та регулювати зростання центральної опуклості галактики [1].
В об’єкті PKS 1830-211, Іван Марті-Відаль (Технологічний університет Чалмерса, Космічна Обсерваторія Онсали, Онсала, Швеція) та його група також спостерігали надмасивну чорну діру зі струменем, але вона значно яскравіша та більш активна і походить із раннього Всесвіту [2]. Об’єкт виглядає незвично, тому що його яскраве світло на своєму шляху до Землі проходить поблизу масивної проміжної галактики, котра діє як гравітаційна лінза, подвоюючи його зображення [3].
Час від часу, надмасивні чорні діри раптово поглинають величезні маси матерії [4], що збільшує силу струменів (джетів) та підвищує випромінювання до дуже високих енергій. Наразі ALMA випадково спіймав одну із таких подій, котра відбувається в PKS 1830-211.
"У нашому випадку, спостереження із ALMA "нетравлення шлунку" у чорної діри було цілковитою несподіванкою. Власне ми спостерігали PKS 1830-211 з іншою метою, а потім ми побачили малі зміни кольору і інтенсивності між двома його зображеннями від гравітаційної лінзи. Дуже уважний погляд на цю несподівану поведінку привів нас до висновку, що саме ми спостерігали. Нам просто дуже пощастило спостерігати саме в той час, коли свіжа порція нової матерії входить в основу струменю чорної діри",- говорить Себастьян Мюллер, співавтор другої статті.
Група також провела "дізнання" того, чи спостерігались ці бурхливі події з іншими телескопами, і з подивом виявила, що дуже чіткий сигнал в гамма-променях було зареєстровано завдяки моніторинговим спостереженям із Космічним Гамма-телескопом Фермі (NASA). Процес, який викликав збільшення випромінювання на довгих хвилях, котрі приймає ALMA, був також відповідальний за різке підвищення яскравості світла в струмені аж до найвищих енергій у Всесвіті [5].
"Вперше встановлено такий чіткий зв'язок між гамма-променями та субміліметровими радіохвилями, які виходять із основи струменю від чорної діри",- додає Себастьян Мюллер.
Два нових спостереження - це тільки початок досліджень ALMA поведінки струменів з надмасивних чорних дір, як близьких, так і далеких. Група Комбе за допомогою ALMA вже вивчає інші недалекі активні галактики та унікальний об'єкт PKS 1830-211, котрий, як то очікується, буде в центрі уваги багатьох майбутніх досліджень із ALMA та на інших телескопах.
"Нам ще багато належить дізнатися про те, як чорні діри можуть створювати ці високоенергетичні викиди речовини та випромінювання",- підсумовує Іван Марті-Відаль. "Але нові результати, отримані ще до завершення будівництво ALMA, показали, що він є унікальним потужним інструментом для дослідження цих струменів. Відкриття тільки починаються!".

Примітки

[1] Цей процес зворотного зв'язку може пояснити таємничу кореляцію між масою чорної діри в центрі галактики та масою галактичної центральної опуклості. Чорна діра захоплює газ, стаючи більш активною, але потім викидає струмені, які виносять газ із навколишніх областей, спонукаючи припинення в них зореутворення.
[2] Червоний зсув PKS 1830-211 становить 2.5, тобто світло від цього об'єкту йде до нас близько 11 мільярдів років. Те світло, котре ми бачимо зараз, об’єкт випустив, коли вік Всесвіту становив лише 20 % від нинішнього. Для порівняння, світло від NGC 1433 йде до Землі всього 30 мільйонів років, що за галактичним мірками дуже небагато.
[3] Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачає, що світлові промені відхиляються, коли проходять поблизу масивного об'єкта, такого як галактика. Цей ефект називається гравітаційним лінзуванням. Вперше його було виявлено в 1979 р. Відтоді було відкрито безліч гравітаційних лінз. В результаті цього ефекту, зображення фонових джерел світла можуть піддаватися спотворенням, збільшенням, а також розщеплюватися на кілька однакових зображень.
[4] Речовина, що падає на чорну діру, може бути зорею або ж молекулярною хмарою, як та хмара, що спостерігалась у центрі нашої Галактики - Чумацького Шляху (eso1151 , eso1332 ).
[5] Ця енергія випускається у вигляді гамма-променів - найбільш короткохвильової та високоенергетичної форми електромагнітного випромінювання.

Детальніше

Великий Міліметрово-субміліметровий Масив Атакама (ALMA) є міжнародним астрономічним об’єктом. Він являється партнерством Європи, Північної Америки та Східної Азії у співпраці з Республікою Чилі. ALMA в Європі фінансується ESO, в Північній Америці - Національним Науковим Фондом США (NSF) у співпраці з Національною Радою Досліджень Канади (NRC) і Національною Науковою Радою Тайваню (NSC), в Східній Азії - Національними Інститутами Природничих Наук (NINS) Японії в співпраці з Академією Сініца (AS) на Тайвані. Будівництво та управління ALMA від імені Європи проводить ESO, від імені Північної Америки - Національна Радіоастрономічна Обсерваторія (NRAO), яка управляється корпоративною Асоціацією Університетів (AUI), від імені Східної Азії - Національна Астрономічна Обсерваторія Японії (NAOJ). Спільна Обсерваторія ALMA (JAO) забезпечує єдине керівництво та управління будівництвом, введення в експлуатацію та експлуатацію ALMA.

Дані дослідження представлені у двох статтях “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433”, by F. Combes et al. and “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare”, by I. Martí-Vidal et al. Обидві статті вийшли в журналі Astronomy & Astrophysics.

Перша науково-дослідна група у складі F. Combes (Observatoire de Paris, France), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Spain), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italy), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italy), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, France), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, USA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, France), A. Eckart (Universität zu Köln, Germany), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spain), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany) and L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Germany).

Друга науково-дослідна група у складі I. Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatoire de Paris, France), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, France), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, France; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Paris, France), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Germany; King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universitat de València, Spain), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam) and M. Zwaan (ESO, Garching, Germany).
Європейська Південна Обсерваторія - це передова міжурядова астрономічна організація в Європі та найбільш продуктивна астрономічна обсерваторія світу. Її підтримує 15 країн: Австрія, Бельгія, Бразилія, Чеська Республіка, Данія, Франція, Фінляндія, Німеччина, Італія, Нідерланди, Португалія, Іспанія, Швеція, Швейцарія та Сполучене Королівство. ESO здійснює ініціативну програму, зосереджену на проектуванні, будівництві та експлуатації потужних наземних спостережних об'єктів, що дозволяє астрономам робити важливі наукові відкриття. ESO також відіграє провідну роль у сприянні та організації співробітництва в астрономічних дослідженнях. ESO працює на трьох унікальних, світового класу обсерваторіях в Чилі: Ла Сілла, Паранал і Чахнантор. На горі Паранал, в ESO працює Дуже Великий Телескоп - найбільш передова в світі астрономічна обсерваторія видимого діапазону та VISTA - найбільший оглядовий телескоп в світі. ESO є європейським партнером просунутого астрономічного радіотелескопу ALMA, найбільшого існуючого астрономічного проекту. В даний час, ESO планує 39 метровий Європейський Надзвичайно Великий Телескоп E-ELT (оптичний та ближній ІЧ діапазони), який стане "найбільшим у світі оком у небо".

Посилання

• Research papers: Combes et al. & Marti-Vidal et al.
• Video showing cosmic indigestion in the remote supermassive black hole PKS 1830-211, as seen by ALMA
• Photos of the ALMA array

Контакти

Oleg Maliy
NGO Zaporozhye Astronomical Club Altair
Zaporozhye, Ukraine
Телефон: +380 67 1371070
Email: eson-ukraine@eso.org

Françoise Combes
Observatoire de Paris, LERMA
Paris, France
Телефон: +33 1 4051 2077
Email: francoise.combes@obspm.fr

Ivan Martí-Vidal
Chalmers University of Technology
Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden
Телефон: +46 31 772 5557
Email: ivan.marti-vidal@chalmers.se

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Стільниковий: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Переклад прес-релізу ESO eso1344.

Джерело: ESO Ukraine