NGC 4151: Глаз Саурона или активная черная дыра?

Фото дня, Чандра

10 марта 2011 года

Композитный снимок показывает центральную область спиральной галактики NGC 4151, прозванной астрономами "Глаз Саурона" за его сходство со злобным персонажем из "Властелина Колец". В "зрачке" этого глаза - данные рентгеновских наблюдений (синим) рентгеновской обсерватории Чандра соединены с данными оптических наблюдений на телескопе Якоба Каптейна в Ла Палма (желтым), показывающим положительно заряженный водород ("H II"). Красный вокруг зрачка показывает нейтральный водород по данным радионаблюдений Очень Большого Массива. Этот нейтральный водород - часть структуры около центра NGC 4151, искаженной гравитационными взаимодействиями с другими частями галактики, включает в себя материал, падающий обратно, по направлению к ее центру. Желтые пузыри около красного эллипса - области, где недавно завершилось формирование звезд.

Недавнее исследование показало, что рентгеновская эмиссия скорее всего вызвана вспышками сверхмассивной черной дыры, находящейся в белой области в центре галактики. Подтверждение этой идеи содержится в том, что форма рентгеновского излучения является вытянутой из левого верхнего в правый нижний угол, а также в деталях рентгеновского спектра. Есть так же некоторые знаки того, что существует взаимодействие между центральным источником и окружающим его газом, особенно газом в форме желтой арки эмиссии водорода H II расположенной над- и слева от черной дыры.

Для объяснения этого рентгеновского излучения было предложено два сценария. Один - это то, что центральная черная дыра развивалась гораздо быстрее 25 тысяч лет назад (в земном исчислении) и излучение материала, падающего в черную дыру, было настолько ярким, что оно срывало электроны из оболочек атомов газа на своем пути, вызывая свечение электронов, смешанное с излученим этих ионизованных атомов.

Вторая возможность так же рассматривает большие потоки материала, влетевшего в черную дыру относительно недавно. В этом сценарии энергия, освобождающаяся во время падения материала на черную дыру создает в аккреционном диске бешеный поток исходящей энергии с поверхности диска. Этот истекающий газ напрямую разогревает газ до температуры излучения рентгеновских лучей. И если этот газ не связан гравитацией, он может рассеяться за промежуток времени менее 100 тыс. лет. В обоих этих сценариях в относительно короткий промежуток времени с момента предыдущей активности могут происходить вспышки, общая продолжительность которых может достигать 1% времени жизни черной дыры.

NGC 4151 расположена на расстоянии в 43 млн световых лет от Земли и является одной из самых близких к нам галактик, содержащих активно растущую черную дыру. Вследствие своей близости она предоставляет замечательную возможность изучения взаимодействия активной сверхмассивной черной дыры и окружающего ее газа. Считается, что такое взаимодействие, или "обратная связь", играет ключевую роль в росте сверхмассивных черных дыр и их галактик. Если рентгеновская эмиссия в NGC 4151 производится горячим газом, который нагревается потоком материала из черной дыры в центре, это станет хорошим доказательством обратной связи активных черных дыр с окружающим их газом в галактических масштабах, что немного напоминает происходящее в масштабах скоплений галактик - таких, как скопление Персей.