Do AGNs act as galactic thermostats? (Фото: NASA/CXC/M Weiss)
Черные дыры выступают в качестве галактических термостатов
Кейт Макэлпайн
Сверхмассивная черная дыра в центре массивной галактики или скопления галактик действует как печь, излучая тепло вокруг себя. Но астрономы изо всех сил пытались понять, как постоянная температура поддерживается всюду, в целой галактике, когда черная дыра только, кажется, взаимодействует с соседним газом. Теперь исследователи в Канаде и Австралии считают, что ответ может быть в существовании обратной связи, в которой гравитация вызывает накопление газа вокруг черной дыры, пока его плотность не достигает критического значения. Затем газ устремляется в черную дыру, временно поднимая высокую температуру.
Галактики излучают в рентгеновском диапазоне, и эта непрерывно продолжающаяся потеря энергии должна охлаждать их газ и приводить к образованию звезд. Однако, астрономы наблюдают только часть ожидаемого темпа звездообразования в массивных эллиптических галактиках и галактических скоплениях, а это значит, что должен быть нагрев газа. Единственным крупным источником тепла является сверхмассивная черная дыра в центре галактики или кластера - также известное как активное галактическое ядро (АГЯ). Но такие АГЯ не получают обратную связь от большей части газа в галактике, который может быть удален на 330000 световых лет от АГЯ. Так как же АГЯ поддерживает температуру целой галактики?
Эдуард Поуп (Edward Pope) и Тревор Мендель (Trevor Mendel), оба из Университета Виктории в Британской Колумбии, вместе со Станиславом Шабала (Stanislav Shabala) из Университета Тасмании в Австралии считают, что знают, как появляется эта обратная связь. Они утверждают, что в то время, как газ в центре массивной галактики или скопления галактик остывает, испуская рентгеновские лучи, то давление его уменьшается, тем самым позволяя большему количеству газа в кластере течь к центру. В конце концов, газ становится настолько плотным, что он не может поддерживать свой вес, внезапно теряет устойчивость, устремляясь в сторону черной дыры. Черная дыра глотает часть газа и использует эту энергию, чтобы вышвырнуть оставшийся газ обратно. Исследователи полагают, что этот взрыв может быть настолько энергичным, что часть газа может быть даже выброшена из эллиптической галактики - но этого не достаточно, чтобы выбросить газ из скопления галактик.
В результате взрыва будут образованы частицы, движущиеся со скоростями близкими к скорости света, которые могут улететь в дальние уголки даже массивных галактик. "Даже при том, что черная дыра подпитывается только центральным газом, она может фактически нагреть весь газ в галактике," говорит Поуп. Такие вспышки от АГЯ могут продолжаться от 10 до 100 миллионов лет согласно вычислениям исследователей. После выброса из АГЯ газ успокаивается, начинает остывать еще раз и снова течет по направлению к центру галактики или кластера.
Средняя скорость, с которой накапливается газ, является ключевым параметром, связующим вспышки АГЯ и температуру галактики в целом. Газ накапливается более быстро, когда охлаждение доминирует, и более медленно, когда нагревание более сильно. "Следовательно, Вы можете видеть, что это - саморегулирующийся цикл - точно так же как термостат," — говорит Поуп.
Исследования будут описаны в следующем номере журнала
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
, а препринт доступен на
ArXiv: 1108,4413
.