[NASA][NGC4945]: Ученые открывают новое галактическое "ископаемое"

 

Около 5 млн пет назад извержение Черной быры в галактике NGC 4945 запустило безумие звездных рождений и выстрелило огромным облаком газа в межгалактическое пространство. 

Смотрите ролик (на английском), как два рентгеновских телескопа записали эту историю.

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

science.nasa.gov от 11 января 2024 года

Исследователи из Космического центра имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, обнаружили рентгеновскую активность, которая проливает свет на эволюцию галактик.

Рентгеновские лучи очерчивают гигантские облака холодного газа в близлежащей спиральной галактике NGC 4945. По-видимому, газ был выброшен через галактику после того, как ее центральная сверхмассивная черная дыра взорвалась примерно 5 миллионов лет назад.

"В научном сообществе есть постоянный спор о том, как эволюционируют галактики," сказала Кимберли Уивер, астрофизик из Космического центра имени Годдарда, которая возглавила работу. "Мы находим сверхмассивные черные дыры в центрах почти всех галактик размером с Млечный Путь, и открытым по-прежнему остается вопрос, насколько велико их влияние на галактики по сравнению с процессами формирования звезд. Изучение близлежащих галактик - таких, как NGC 4945, которые, как мы думаем, мы видим в период перехода, помогает нам создавать более точные модели того, как звезды и черные дыры вызывают изменения в галактиках."

Уивер представила результаты от имени своей команды на 243-м собрании Американской астрономической ассоциации в Новом Орлеане 11 января. Статья об этом открытии сейчас находится на рассмотрении в журнале The Astrophysical Journal. Работа была возможна благодаря данным, собранным спутником ESA (Европейское космическое агентство) XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission) при помощи рентгеновской обсерватории Чандра.

Регионы активного формирования звезд видны на снимках 2.2-метрового телескопа Европейской Южной Обсерватории в Чили как яркие розовые области. Активное ядро галактики при этом почти скрыто от нас в мощных облаках пыли.

Credit: ESO

NGC 4945 — активная галактика, расположенная примерно в 13 миллионах световых лет от нас в южном созвездии Центавра.

Активная галактика имеет необычно яркое и переменное ядро, питаемое сверхмассивной черной дырой, которая нагревает окружающий диск из газа и пыли за счет гравитации и силы трения. Черная дыра медленно поглощает материал вокруг себя, что создает случайные колебания в излучаемом свете диска. Как и в большинстве активных галактик, черная дыра и диск NGC 4945 скрыты плотным тороидальным облаком пыли, которое блокирует часть этого света.

Ядра активных галактик также могут создавать струи частиц высокой скорости и создавать сильные ветра, содержащие газ и пыль.

NGC 4945 также является галактикой с активным формированием звезд: она формирует звезды с гораздо большей скоростью, чем наша. Ученые оценивают, что она производит эквивалент массы 18 звезд, подобных нашему Солнцу, каждый год, что почти в три раза превышает скорость формирования звезд во Млечном Пути. Почти все звездообразование сосредоточено в центре галактики. Взрыв звездных рождений длится от 10 до 100 миллионов лет и заканчивается как только  исчерпывается исходный материал для создания новых звезд.

Эта анимация показывает разницу между двумя видами спиральной галактики NGC 4945. Первое изображение, синим - визуальный диапазон, получено Оптическим Монитором телескопа XMM-Newton. На него наложена контурная карта линии железа К-альфа, полученная прибором EPIC. Второе изображение показывает наполнение контуров, где более яркие цвета указывают на большую концентрацию рентгеновского излучения.

Credit: Weaver et al., ESA/XMM-Newton

Уивер, научный руководитель проекта NASA для миссии XMM-Newton, и ее команда изучали NGC 4945 с помощью этого телескопа. В своих данных они увидели то, что ученые называют линией железа K-альфа. Этот эффект возникает, когда очень энергичный рентгеновский свет от диска черной дыры встречается с холодным газом в другом месте. (Газ имеет температуру около минус 400 градусов по Фаренгейту или минус 200 градусов по Цельсию.) Железная линия является обычным явлением в активных галактиках, но до этих наблюдений ученые считали, что она возникает на гораздо более близких к черной дыре расстояниях.

"Чандра делала карту распределения линии железа K-альфа в других галактиках. Здесь она помогла нам изучить отдельные яркие рентгеновские источники в облаке, чтобы исключить другие потенциальные источники, кроме черной дыры," сказала Дженна Канн, соавтор исследования и аспирант в Годдарде. "Но линия NGC 4945 простирается так далеко от ее центра, что нам потребовалось широкое поле зрения XMM-Newton, чтобы увидеть ее полностью."

Смотрите, как ученые отфильтровали возможные источники рентгеновского сигнала (линия железа К-альфа) на этой анимации. Первое изображение показывает контуры линии железа в галактике NGC 4945 от телескопа XMM-Newton. На втором изображении, команда исследователей использовала данные Чандры, чтобы отфильтровать посторонние источники - такие, как двойные звезды. На итоговом снимке, они убрали рентгеновские лучи, исходящие из активного ядра галактики. Линия железа по-прежнему подсвечивает огромное количество холодного газа в галактике.

Credit: Weaver et al. 2024, ESA/XMM-Newton

Поскольку NGC 4945 видна нам с ребра, XMM-Newton смогла отобразить протяженность ее железной линии как вдоль, так и над плоскостью галактики, проследив ее на расстояние 32 000 и 16 000 световых лет соответственно — на порядок дальше, чем наблюдаемые ранее линии железа.

Научная команда считает, что холодный газ, выделенный линией, является реликтом струи частиц, извергавшейся из центральной черной дыры галактики примерно 5 миллионов лет назад. Скорее всего, струя была направлена внутрь галактики, а не в космическое пространство, создавая сверхмощный ветер, который до сих пор толкает холодный газ через галактику. Он даже мог спровоцировать взрыв звездных рождений, который мы наблюдаем и сейчас.

Уивер и ее коллеги продолжат наблюдать за NGC 4945, чтобы попробовать найти другие способы, которыми черная дыра влияет на эволюцию галактики. Те же рентгеновские лучи от диска, которые в настоящее время выделяет холодный газ, также могут начать его рассеивать. Поскольку для формирования звезд необходим этот газ, ученые могут измерить, как активность вокруг черной дыры галактики может подавить ее фазу взрывного формирования звезд.

"Есть ряд свидетельств, указывающих на то, что черные дыры играют важную роль в некоторых галактиках, определяя их историю звездообразования и судьбу," сказал соавтор Эдмунд Ходжес-Клак, астрофизик из Годдарда. "Мы изучаем множество галактик, таких как NGC 4945, потому что, хотя физика везде примерно одинакова от черной дыры до черной дыры, влияние, которое они оказывают на свои галактики, сильно различается. XMM-Newton помог нам обнаружить галактическое ископаемое, о котором мы даже не подозревали — но это, вероятно, только первый случай из многих."

Обсерватория XMM-Newton ЕКА была запущена в декабре 1999 года из Куру, Французская Гвиана. НАСА финансировало элементы инструментального пакета XMM-Newton и обеспечивает Гостевую Обсерваторию НАСА в Годдарде, которая поддерживает использование обсерватории американскими астрономами.

Объект в CDS Портале:

• RA/DEC: 13 05 27.279 -49 28 4.44
• http://cdsportal.u-strasbg.fr/?target=NGC%204945