Чёрная дыра J1007+3540 проснулась после 100 миллионов лет тишины

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики J1007+3540 оставалась полностью неактивной около ста миллионов лет. Теперь она проснулась: новые джеты намагниченной плазмы вырываются в глубины космоса, протянувшись почти на миллион световых лет. Международная исследовательская группа под руководством Шобхи Кумари из Midnapore City College в Индии задокументировала это событие в работе, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Учёные использовали два радиотелескопа: сеть LOFAR в Нидерландах и модернизированный uGMRT в Индии. Полученные снимки фиксируют чётко выраженную слоистую структуру: внешний ореол старой, угасающей плазмы — остатка предыдущего извержения, которому, по оценкам, несколько сотен миллионов лет, — и внутри него компактный, яркий джет, однозначно свидетельствующий о том, что центральный «двигатель» включился снова. Промежуток между двумя активными фазами составляет примерно сто миллионов лет. «Это как наблюдать, как космический вулкан снова извергается после эпохи покоя — только этот достаточно велик, чтобы вырезать структуры, протянувшиеся почти на миллион световых лет», — сказала Кумари.

Для ориентира: миллион световых лет — это примерно в десять раз больше диаметра Млечного Пути.

Джеты против газа скопления

J1007+3540 находится внутри массивного скопления галактик, заполненного чрезвычайно горячим газом. Этот газ создаёт внешнее давление, которое значительно превышает то, с чем сталкивается большинство радиогалактик. Вновь запущенные джеты поэтому не движутся прямолинейно в пустоту: их гнут, сжимают и деформируют враждебные условия среды. Снимки LOFAR показывают, что северная доля галактики физически сдавлена и искривлена, а плазма, судя по всему, отталкивается назад давлением окружающего газа. Данные uGMRT подтверждают, что в этой области сосредоточены крайне старые частицы, за миллионы лет почти полностью утратившие свою энергию под воздействием среды.

«J1007+3540 — один из наиболее показательных примеров эпизодически активного галактического ядра с взаимодействием джет–скопление, где горячий окружающий газ гнёт, сжимает и деформирует джеты», — пояснил соавтор работы Сабьясачи Пал.

Из исследования следует, что столкновение взрывной силы чёрной дыры с сопротивлением среды скопления — не второстепенное явление. Когда джеты активного ядра галактики передают кинетическую энергию окружающему газу, они способны помешать этому газу остыть и сколлапсировать, образовав новые звёзды. Этот механизм известен как AGN-обратная связь. Частота и интенсивность вспышек во многом определяют темпы роста галактики на космологических временны́х масштабах. Галактика-хозяин J1007+3540 — массивная эллиптическая галактика, звёзды которой сформировались более двенадцати миллиардов лет назад, — при этом по-прежнему создаёт новые звёзды со скоростью свыше ста солнечных масс в год. Цикл разрушения и созидания ещё не завершён.

Ограничения исследования

Следует оговориться: оценка в сто миллионов лет для периода бездействия основана на моделях старения плазмы, которые рассчитывают скорость, с которой электроны теряют энергию в магнитном поле. Эти модели несут в себе значительные погрешности при применяемых здесь масштабах. Временно́й интервал — обоснованная расчётная величина, а не прямое измерение; будущие наблюдения могут её скорректировать. Кроме того, исследование посвящено единственному объекту: насколько часто подобные циклы встречаются в общей популяции гигантских радиогалактик, по-прежнему остаётся открытым вопросом.

Группа объявила о планах провести наблюдения с более высоким угловым разрешением, чтобы детально изучить ядро J1007+3540 и отследить, как реактивированные джеты распространяются через внутрикластерную среду. По замыслу авторов, эти данные позволят точнее понять, каким образом сверхмассивные чёрные дыры на космологических временны́х масштабах регулируют судьбу населяемых ими галактик.