M84. "H" значит "неонка"

Источник:

Chandra, 4 мая 2023 года

X-ray: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Optical: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Image processing: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

• В галактике Мессье 84 (M84) есть структура в форме буквы "H", которую можно увидеть благодаря горячему газу.
• Струи, исходящие из огромной черной дыры в сердце галактики, создали пустоты в горячем газе в разных направлениях.
• Чтобы показать это явление, данные на рентгеновских лучах от космической обсерватории Чандра NASA (розовый цвет) были совмещены с данными радиодиапазона от VLA (синий цвет).
• Этот результат помогает нам лучше понять, как струи могут влиять на огромную черную дыру и ее окружение.

В центре массивной эллиптической галактики находится гигантская черная дыра, которая оставляет свой знак, как нам кажется, в виде буквы Н, в рентгеновском диапазоне вокруг черной дыры.

Эта структура в форме буквы "H" обнаружена на новой детализированной рентгеновской карте газа высокой температуры вокруг галактики Мессье 84 (M84).

Когда газ попадает в гравитационное поле черной дыры, часть его упадет в бездну, и больше его никто не увидит. Однако, часть газа избегает этой участи и вместо этого выбрасывается из черной дыры в виде струй частиц. Эти струи могут вырезать полости в горячем газе, окружающем черную дыру. С учетом ориентации струй относительно Земли и плотности горячего газа, полости в M84 образуют нечто напоминающее букву "H". H-образная структура в газе является примером парейдолии, когда люди видят знакомые формы или узоры в случайных данных. Парейдолия может возникать во всех видах данных, от облаков до скал и астрономических изображений.

Астрономы использовали обсерваторию NASA Чандра для создания карты горячего газа (розового цвета) внутри и вокруг M84, вплоть до самой черной дыры в центре галактики, в радиусе около 100 световых лет. Этот газ излучает при температурах в десятки миллионов градусов, что делает его доступным для наблюдения, в основном, в рентгеновских лучах. Огромная буква "H" высотой около 40 000 световых лет, что составляет примерно половину Млечного Пути. Радиоизображение от Национального научного фонда Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) (синего цвета) показывает струи, направленные от черной дыры. Оптические данные из Sloan Digital Sky Survey (белым цветом) показывают M84 и соседние галактики. Буква H и позиция черной дыры помечены на карте. Подписи и графика показывают увеличенный образ области, отмеченной квадратом, с отдельными метками для галактики и струй на оптических и радиоизображениях соответственно.

X-ray: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Optical: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Image processing: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

Исследователи, изучающие M84 с помощью Чандра и VLA, обнаружили, что струи могут влиять на поток горячего газа даже больше, чем гравитационное притяжение самой черной дыры. Так, например, команда считает, что вещество падает к черной дыре с севера — по направлению струи, видимой в радиоволнах — примерно в 500 масс Земли каждый год, что в четыре раза меньше по сравнению с направлениями на восток и запад. Одной из возможностей является то, что газ поднимается по направлению струи из-за полостей, замедляя скорость падения газа на черную дыру.

Авторы применили модель, которая называется "аккреция Бонди" - когда все вещество на определенном расстоянии от черной дыры, фактически внутри сферы, находится достаточно близко, чтобы подвергаться воздействию гравитации черной дыры и начинать падать внутрь с одинаковой скоростью со всех направлений. (Пунктирный круг на увеличенном изображении центрирован на черной дыре и показывает приблизительное расстояние от черной дыры, где газ должен начать падать внутрь.) Этот эффект назван в честь ученого Германа Бонди, а аккреция относится к веществу, падающему к черной дыре. Новые результаты показывают, что аккреция Бонди не происходит в M84, потому что вещество не падает к черной дыре равномерно со всех направлений.

M84 является "родственником" галактики Messier 87 (M87), в которой находится первая черная дыра, чье изображение было получено с помощью глобальной сети телескопов Event Horizon Telescope, и, как и M87, является членом Скопления Девы. Сверхмассивные черные дыры в M84, а также в нашей галактике, M87, NGC 3115 и NGC 1600, являются единственными, которые находятся достаточно близко к Земле или достаточно массивны, чтобы астрономы могли видеть детали на изображениях Чандра, которые находятся так близко к черной дыре, что газ должен падать внутрь. Как и черная дыра в M87, черная дыра в M84 создает струю частиц; однако источник рентгеновских лучей от материала, находящегося еще ближе к черной дыре, в десять раз слабее для M84. Это позволяет более подробно изучать газ, падающий к черной дыре в M84, который находится дальше, что предотвращает перегрузку слабых рентгеновских лучей, излучаемых этим газом, блеском рентгеновских лучей от источника.

Статья, описывающая эти результаты, появилась в ежемесячном издании "The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society", и предварительный вариант доступен здесь. Исследование проводилось под руководством Кристофера Бамбика, аспиранта Принстонского университета. Среди других авторов - Хелен Расселл (Университет Ноттингема, Великобритания), Кристофер Рейнольдс (Институт астрономии, Кембридж, Великобритания; Университет Мэриленда, Колледж-Парк), Энди Фабиан (Институт астрономии), Брайан Макнамара (Университет Ватерлоо, Канада; Ватерлоо-центр астрофизики, Канада) и Пол Нулсен (Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт).

Описание визуализации:

Эта композитная визуализация объединяет рентгеновские, радио и оптические изображения горячего газа, струй частиц и галактики с невидимой черной дырой. Удивительно, но получившееся изображение напоминает неоновую розовую заглавную букву 'H' с белым пятном на перекладине, опирающуюся на вертикальную, неоново-синюю подушку, плавающую в темноте космоса.

Белое пятно на перекладине - это галактика Messier 84. Неоновый розовый цвет в форме заглавной буквы H представляет газ, нагретый до нескольких миллионов градусов. Неоновый синий цвет в подушке за ним представляет собой струи частиц, производимые невидимой черной дырой в центре галактики.

Здесь две неоново-синие струи вырываются в противоположных направлениях из ярко-белой галактики M84. Одна направлена вверх, другая - вниз. Концы синих струй создают вид вертикальной, неровной синей подушки. Эти мощные струи вытеснили облака горячего газа, окружающие черную дыру в центре M84. Оставленные ими отверстия заставляют розовый газ напоминать заглавную букву 'H'. Перекладина остается в центре неоново-розового облака, окружающего яркую белую галактику в его ядре.

Частицы газа, отображенные в неоново-розовом цвете, украшают черный фон, словно брызги с кисти художника. Вокруг внешней части изображения видны другие галактики, изображенные в белом цвете.