Черные дыры – поставщики вещества для звезд

Рождение звезд в ветрах из сверхмассивных черных дыр Илл.: ESO/M. Kornmesser

Наблюдения на Очень Большом Телескопе Европейской южной обсерватории (ESO) показали, что звезды образуются внутри мощных выбросов вещества из сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Это первые подтвержденные наблюдения образования звезд в столь экстремальных условиях. Открытие должно заметно изменить наши представления о свойствах и эволюции галактик. Результаты исследования публикуются в журнале Nature, кратко о них сообщает пресс-релиз ESO.

Группа европейских астрономов под руководством специалистов из Великобритании воспользовалась приемниками MUSE и X-shooter на Очень Большом Телескопе (VLT) в обсерватории ESO на горе Параналь в Чили для исследования двух сталкивающихся галактик. Объект наблюдений, обозначаемый совместной аббревиатурой IRAS F23128-5919 находится на расстоянии в 600 миллионов световых лет от Земли. Ученые наблюдали колоссальные извержения вещества из окрестностей сверхмассивной черной дыры в ядре той из двух галактик, которая находится южнее, и впервые обнаружили прямое доказательство рождения звезд внутри этого вещества. Темп звездообразования в выбросах очень большой: по оценке астрономов, каждый год формируется примерно 30 солнечных масс, что составляет более четверти общего звездообразования во всей системе сталкивающихся галактик.

Извержения обусловлены выделением гигантских количеств энергии в активных турбулентных центральных областях галактик. В ядрах большинства галактик прячутся сверхмассивные черные дыры; в процессе поглощения окружающего их вещества они разогревают его и выбрасывают часть его наружу в виде мощных и плотных потоков газового «ветра». Выбросы газа из центральных областей приводят к тому, что запасы газа в галактике сокращаются, и это, возможно, является причиной прекращения звездообразования в галактиках по мере увеличения их возраста. Хотя скорее всего энергия выбросов берется из массивных центральных черных дыр, возможно также, что звездный ветер порождается сверхновыми в околоядерной области, где происходит вспышка звездообразования.

«Астрономы давно предполагали, что условия внутри таких потоков могут оказаться подходящими для образования звезд, но никто пока не наблюдал этого в действительности – это крайне сложная наблюдательная задача, – комментирует полученный результат руководитель группы Роберто Майолино (Roberto Maiolino) из Кембриджского университета. – Наши наблюдения замечательны именно тем, что они однозначно доказывают: внутри истечений вещества из черных дыр действительно формируются звезды».

Целью ученых было непосредственно исследовать звезды и окружающий их газ внутри выбросов. Для этого они использовали приемники MUSE и X-shooter: спектроскопические инструменты мирового класса на телескопе VLT, которые позволили им выполнить чрезвычайно детальное исследование излучения этих областей и определить его источник.

Очень Большой Телескоп. Фото: F. Char/ESO

Как известно, излучение молодой звезды заставляет окружающий газ светиться особенным образом. Исключительно высокая чувствительность приемника X-shooter позволила группе исключить другие возможные причины такого свечения, такие, например, как ударные волны в газе или активность галактического ядра.

Группа выполнила несомненную прямую регистрацию новорожденного звездного населения внутри выброса. Доказательствами этого послужило определение характерных признаков молодого звездного населения и распределения скоростей, соответствующего модели формирования звезд в движущемся с большой скоростью потоке вещества. Возраст этих звезд оценивается менее, чем в несколько десятков миллионов лет. Предварительный анализ показывает, что они горячее и ярче, чем звезды, образующиеся в менее экстремальных средах, например, в галактических дисках.

Кроме того, астрономы исследовали движение обнаруженных звезд. Излучение большинства из них показывает, что они с очень высокими скоростями движутся в направлении от центра галактики – что естественно для объектов, находящихся в мощном потоке выбрасываемого из ядра вещества.

Соавтор работы Элен Расселл (Helen Russell) из Института астрономии в Кембридже, Великобритания, добавляет: «Звезды, которые формируются в потоках ветра вблизи галактического центра, могут замедляться и даже начинать двигаться в направлении на центр, но звезды, которые образуются в выбросе, испытывают меньшее торможение и даже могут навсегда покинуть свою галактику».

Открытие обещает интереснейшие последствия для развития некоторых областей астрофизики, например, для решения вопросов о том, как галактики приобретают определенную форму, как происходит обогащение межгалактического пространства тяжелыми элементами и даже где может образовываться пока не объясненное космическое инфракрасное фоновое излучение.

Как известно, спиральные галактики имеют отчетливую дисковую структуру с выпуклым утолщением – балджем в центральной части и окружающим диск протяженным диффузным сферическим облаком – гало. Эллиптические галактики состоят преимущественно из сфероидальных компонент. Звезды, выбрасываемые из диска с большой скоростью, могут порождать такие структурные особенности.

Вопрос о том, как происходит обогащение пространства между галактиками – межгалактической среды – тяжелыми элементами остается до сих пор открытым. Открытие звезд, рождающихся из выбросов, может прояснить его. Если они покидают свою галактику и затем взрываются в виде сверхновых, тяжелые элементы из их недр попадут в межгалактическую среду.

Космическое фоновое инфракрасное излучение, схожее со знаменитым микроволновым «реликтовым» фоном, представляет собой слабое свечение в ближней инфракрасной части спектра, приходящее со всех направлений на небе. Его происхождение до сих пор не получило удовлетворительного объяснения. Существование популяции звезд, родившихся внутри истечений из ядер галактик и выброшенных этими потоками в межгалактическое пространство, могло бы помочь разгадать эту загадку.

Майолино смотрит в будущее с оптимизмом: «Если, как предсказывают некоторые теории, в большинстве выбросов из ядер галактик действительно происходит звездообразование, то мы получим совершенно новый сценарий галактической эволюции».