Разкрити са тайните на загадъчните радиомехури около свръхмасивна черна дупка

Нова информация за загадъчните радиомехури, заобикалящи свръхмасивна черна дупка разкри телескопът Грийн Банк на американската Националната научна фондация.

"Разгледахме едно от най-мощните избухвания, наблюдавани някога от свръхмасивна черна дупка", разказва Джак Орловски-Шерер (Jack Orlowski-Scherer), водещ автор на новата статия, в която се изследва галактическият куп MS0735, "Това се случва, когато черната дупка се нахрани и изхвърли гигантско количество енергия."

Свръхмасивните черни дупки се намират дълбоко в центровете на огромните галактики в сърцето на галактическите купове. Изпълнените с плазма атмосфери на галактическите купове са невероятно горещи - около 50 милиона градуса по Целзий, но тези високи температури обикновено се охлаждат с течение на времето, което позволява формирането на нови звезди.

Понякога черната дупка нагрява заобикалящия я газ чрез силни изригвания от нейния център, което предотвратява охлаждането и образуването на звезди в процес, наречен обратна връзка (feedback).

Тези мощни струи издълбават огромни кухини в горещата среда на звездния куп, изтласквайки горещия газ по-далеч от центъра на клъстера и го заменят с мехури, излъчващи радиосигнал.

Изтласкването на такъв голям обем газ изисква огромно количество енергия (няколко процента от общата топлинна енергия на газа в клъстера) и да се разбере откъде идва тази енергия е от голям интерес за астрофизиците.

Научавайки повече за това, което остава след запълването на тези кухини, астрономите могат да започнат да правят изводи за това какво ги е причинило.

^{Наблюденията на рентгеновата обсерватория "Чандра" на НАСА (лявата снимка) и на инструмента MUSTANG-2 на GBO (дясната снимка) ясно показват огромните кухини (подчертани със сиви кръгове), изкопани от мощните радиоструи (зелени контури), изхвърлени от черната дупка в центъра на галактическия куп MS0735. Кредит: NASA Chandra X Ray Observatory & NSF's Green Bank Observatory}

Екипът от астрономи използва приемника MUSTANG-2 на телескопа Грийн Банк (GBT - Green Bank Telescope), за да направи изображение на галактическия клъстер MS0735, използвайки ефекта на Суняев-Зелдович - фино изкривяване на космическото микровълново фоново лъчение, дължащо се на разсейване от горещи електрони в газа на клъстера. За контекст, космическият микровълнов фон е излъчен 380 хил. години след Големия взрив и е отблясък от зараждането на нашата Вселена преди 13,8 млрд. години. Около 90 GHz, където MUSTANG-2 наблюдава, сигналът на ефекта на Суняев-Зелдович отчита предимно топлинното налягане.

"С мощта на MUSTANG-2 можем да надникнем в тези кухини и да започнем да определяме с какво точно са запълнени и защо не се разрушават под налягане", уточнява Тони Мрочковски (Tony Mroczkowski), астроном от Европейската южна обсерватория, който участва в новото изследване.

Тези нови открития са най-дълбокото досега изображение на ефекта на Суняев-Зелдович с висока точност на термодинамичното състояние на кухините в галактичен куп, което подкрепя предишни открития, че поне част от поддържането на налягането в кухините се дължи на нетермични източници, като релативистки (движещи се с близка до скоростта на светлината) частици, космически лъчи и турбуленция, както и на малък принос от магнитните полета.

"Знаехме, че това е интересна система, когато изследвахме радиоядрото и лобовете на ниски честоти, но едва сега започваме да виждаме пълната картина", обяснява съавторът Трейси Кларк (Tracy Clarke), астроном във Военноморската изследователска лаборатория на САЩ и учен по проекта VLITE (VLA Low-band Ionosphere and Transient Experiment), който е съавтор на предишно радиоизследване на тази система.

За разлика от предишни изследвания, новите изображения, получени от GBT, разглеждат възможността поддържането на налягането в мехурите да е по-нюансирано, отколкото се смяташе досега, смесвайки както топлинни, така и нетермични компоненти. В допълнение към радионаблюденията екипът включва съществуващи рентгенови наблюдения от рентгеновата обсерватория на НАСА "Чандра", които осигуряват допълнителен поглед върху газа, наблюдаван от MUSTANG-2.

Бъдещите наблюдения на различни честоти могат да установят по-точно естеството на това колко екзотично е изригването на черната дупка.

"Тази работа ще ни помогне да разберем по-добре физиката на галактичните купове и проблема с обратната връзка на охлаждащия поток, който от известно време тормози много от нас", добавя Орловски-Шерер.

Справка: “GBT/MUSTANG-2 9″ resolution imaging of the SZ effect in MS0735.6+7421 – Confirmation of the SZ cavities through direct imaging” by John Orlowski-Scherer, Saianeesh K. Haridas, Luca Di Mascolo, Karen Perez Sarmiento, Charles E. Romero, Simon Dicker, Tony Mroczkowski, Tanay Bhandarkar, Eugene Churazov, Tracy E. Clarke, Mark Devlin, Massimo Gaspari, Ian Lowe, Brian Mason, Craig L. Sarazin, Jonathon Sievers and Rashid Sunyaev, 8 November 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202244547

Източник: Astronomers Reveal Secrets of Mysterious Radio Bubbles Surrounding Supermassive Black Hole
Green Bank Observatory