Размерът на централната черна дупка в клъстера Феникс. Клъстерът Феникс е необикновена галактическа група

Една от най-големите структури във Вселената, която претендира за няколко космически рекорда наведнъж. Наблюденията на клъстера Феникс от обсерваторията Чандра на НАСА, телескопа на Южния полюс и осем други големи машини може да принудят експертите да преразгледат настоящите възгледи за еволюцията на тези колосални структури и галактиките, които ги обитават. Клъстерът Феникс първоначално е открит от телескопа на Южния полюс, след което е изследван в оптичния диапазон с помощта на телескопи в обсерваторията Джемини и телескопите Магелан в Чили. Тогава беше използван телескопът Chandra, който позволи да се оцени количеството горещ газ и скоростта на охлаждането му. Няколко наземни телескопа, Galaxy Evolution Explorer и Herschel, бяха използвани за получаване на данни за формирането на звезди в клъстера.

В средата на клъстера Феникс се раждат повече звезди, отколкото във всеки друг клъстер, наблюдаван някога. Този обект е и най-мощният източник на рентгенови лъчи (в обхвата на Чандра) сред клъстерите и може би най-масивният. И накрая, най-новият рекорд, счупен от клъстера, е скоростта на охлаждане на горещ газ в центъра на клъстера (този факт е свързан с най-активното известно образуване на звезди).

Клъстерът Феникс се намира на около 5,7 милиарда светлинни години от нас. Той получи името си до голяма степен поради най-важната си характеристика - активното раждане на звезди. „Докато галактиките в центровете на повечето клъстери са били латентни в продължение на милиарди години, централната галактика на този клъстер изглежда се е върнала към живот с нова сила, с експлозивно образуване на звезди“, казва Майкъл Макдоналд, първи автор на изследването в Nature , и сътрудник в Mythology of the Phoenix. , птица, възкръсваща от мъртвите, е чудесен начин да се опише този прероден обект.“

Както всички други галактически клъстери, Финикс е богат на запаси от горещ газ. Всъщност той съдържа значително повече обикновена материя, отколкото се съдържа във всички звезди, планети и малки тела на много галактики в клъстера. Такъв горещ газ, активно излъчващ се в рентгеновия диапазон, може да се наблюдава само от подходящи обсерватории като Чандра. Астрономите отдавна са осъзнали, че този газ в крайна сметка се превръща в източник на нови звезди. С течение на времето той се охлажда, кинетичната му енергия спада и се поддава на гравитацията, като постепенно се привлича към централната галактика на клъстера. Тук вече студеният газ увеличава своята плътност и започва да образува звезди. Въпреки това повечето от клъстерите, за които знаем, са образували много малко нови звезди през последните няколко милиарда години. Това най-вероятно е причинено от действието на свръхмасивна черна дупка, разположена в централната галактика. Поглъщайки материята, дупката освобождава огромна енергия, която загрява охладения преди това газ, предотвратявайки натрупването му в концентрация, достатъчна да започне образуването на звезди. Известен пример за такъв клъстер е Персей. Мощни емисии на енергия и потоци от заредени частици от черната дупка в нейния център предотвратяват охлаждането на газа и образуването на звезди. Създадените в този случай кухини и звукови вълни много силно загряват газа на целия клъстер. „Ние вярвахме, че тези звукови вълни могат да бъдат намерени във всеки клъстер от галактики“, казва съавторът на изследването Райън Фоли, сътрудник в Центъра за астрофизика Харвард-Смитсониън. - Клъстерът Феникс ни показва, че това не е така. Има моменти и случаи, когато музиката внезапно спира. Струите от частици, излъчвани от черната дупка в центъра на клъстера, очевидно не са достатъчно мощни, за да предотвратят охлаждането на газа."

С такава слаба черна дупка центърът на клъстера Феникс е изпълнен с блъскащи се млади звезди, които се формират със скорост двадесет пъти по-висока от тази на клъстера Персей. Това е най-високата активност на звездообразуване, наблюдавана от хората в центъра на галактически клъстер, но в никакъв случай не е най-високата в цялата известна Вселена. Въпреки това, дори най-активните звездообразуващи региони извън клъстерите могат да се похвалят само с два пъти по-висока скорост на растеж на звездите в сравнение с Феникс.

Високата скорост на образуване на звезди и охлаждане на газа води до много бързо натрупване на маса от централната галактика на клъстера и нейната черна дупка. Тази важна фаза от живота на звездния куп, според астрономите, трябва да бъде много кратка. „Галактиката и нейната черна дупка изпитват необичаен растеж“, казва съавторът Брадфорд Бенсън, постдокторант в Чикагския университет. - Този скок на растеж не може да продължи повече от около сто милиона години. В противен случай галактиката и нейната черна дупка ще се превърнат в чудовища в сравнение с техните съседни клъстери. Като цяло, както самият клъстер Феникс, така и централната му галактика и нейната черна дупка са сред най-масивните обекти от този тип.

Галактическите купове винаги се отличават с огромната си маса и размер. Това ги прави важни фактори в еволюцията на Вселената и както във всяко друго изследване, проба с изключителни свойства е от особен интерес. „Това удивително образуване на звезди е много важно откритие, защото ни принуждава да преразгледаме нашето разбиране за процесите на растеж на галактиките в центровете на клъстерите“, казва Мартин Рийс, сътрудник в Кеймбридж, признат експерт в областта на космологията. „Газовото охлаждане може да е много по-важен източник на звезди, отколкото си мислехме.“

Имате ли нужда от специалист в областта на 1C услугите? Всички възникнали въпроси и проблеми ще бъдат разрешавани в най-кратък срок!

Групи от галактики често се описват със суперлативи и има много разумно обяснение за това. В крайна сметка те са огромни конгломерати от галактики, горещ газ и тъмна материя и мощна гравитационна сила държи всичко това заедно. Но има недостатък на тяхната монета: такива групи са склонни да спрат да произвеждат нови звезди. Всъщност те имат само една гигантска галактика, разположена в средата, която образува млади звезди, но с много по-ниска скорост от повечето единични галактики, включително нашия Млечен път. Но вместо това централната галактика има свръхмасивна черна дупка, около хиляда пъти по-голяма от нашата собствена черна дупка, така да се каже. И ако горещият газ, който е разпръснат в изобилие в централната галактика, се охлади поради загубата на активност на черната дупка, това може да позволи раждането на млади звезди. Сега се смята, че черната дупка в ядрото на галактиките действа като термостат, предотвратявайки бързото охлаждане на горещия газ и предотвратявайки образуването на звезди.

Въпреки това, след като получиха нови данни от орбиталната рентгенова обсерватория Чандра за галактическия клъстер SPT-CLJ2344-4243, който просто се нарича клъстер Феникс, учените се усъмниха в реалността на описаната по-горе тенденция. Този клъстер вече е счупил много рекорди в миналото и не е изненадващо, че може да изненада научната общност с още нещо. И така, през 2012 г. астрофизиците обявиха, че тази група изглежда демонстрира най-високата скорост на охлаждане на горещ газ и образуване на звезди, наблюдавана някога в центъра на галактическите купове, и също така е източникът на най-мощното рентгеново лъчение от всяка известна група.

Новото изследване на екипа на рентгенови, ултравиолетови и оптични дължини на вълните с помощта на Чандра, Хъбъл и един от телескопите Магелан в Чили помогна на астрономите да разберат по-добре този забележителен космически обект. Оптичните данни от чилийския телескоп показват наличието на тесни нишки, простиращи се от центъра на групата, откъдето се образуват звездите. Тези нишки изглеждат малки само на фона на галактиките. Те всъщност са масивни космически нишки от газ и прах, простиращи се, по-специално в клъстера Феникс, между 160 000 и 330 000 светлинни години. Учените просто нямаха представа за съществуването на повечето от тях, докато тези изследвания не бяха извършени. И този път този клъстер постави рекорд: неговите нишки са толкова обширни, че са най-дългите, откривани някога в клъстер.

Клъстер Феникс, показващ рентгенови кухини. Комплексна рентгенова, радио и видима образна диагностика. Източник: Рентген: NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al; Оптичен: NASA/STScI; Радио: TIFR/GMRT



Рентгенова снимка на клъстер Феникс. Източник: NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al



Вижда се клъстерът Феникс. Източник: NASA/STScI

Астрономите използваха рентгеновата обсерватория Чандра и няколко други телескопа, за да изследват една от най-мощните познати черни дупки. Той формира гигантски структури в горещия газ, който го заобикаля, предотвратявайки формирането на трилиони звезди.

Тази черна дупка се намира в централната област на галактическия куп RX J1532.9+3021 (или накратко RX J1532), приблизително на 3,9 милиарда светлинни години от Земята. Изображението е комбинация от рентгенови данни от космическия телескоп Chandra, показващи горещ лилав газ в клъстера, и оптични данни от космическия телескоп Hubble, показващи галактики с жълт цвят. Клъстерът е ярък в рентгеновия спектър, което предполага, че е изключително масивен, с маса около квадрилион (хиляда трилиона) пъти по-голяма от Слънцето. В центъра на клъстера е голяма елипсовидна галактика, съдържаща свръхмасивна черна дупка.

Голямото количество горещ газ близо до центъра на галактическия клъстер представлява мистерия. Горещият газ, който свети в рентгенови лъчи, трябва да се охлади, а плътният газ в централната област на клъстера трябва да се охлади много по-бързо. Налягането на хладния газ по-близо до центъра на клъстера обикновено намалява, в резултат на което газът се придвижва по-нататък към централната галактика, образувайки трилиони звезди по пътя. Учените обаче не са открили никакви доказателства за такъв изблик на звездообразуване в центъра на този клъстер.

Същият проблем е отбелязан в много други галактически клъстери, но RX J1532 е краен случай, тъй като охлаждането на газа в него трябва да бъде особено значително поради високата плътност на газа близо до центъра. От хилядите известни галактически клъстери само по-малко от дузина са подобни на RX J1532. Друг краен случай е клъстерът Феникс, който, напротив, е видял образуването на голям брой звезди.

Какво предотвратява образуването на млади звезди в RX J1532? Изображения от рентгеновия телескоп Chandra и наземния радиотелескоп Very Large Array (VLA) помогнаха да се отговори на този въпрос. Рентгеновото изображение показва големи кухини, образувани в горещия газ от двете страни на централната елиптична галактика. Учените специално обработиха изображението от Чандра, за да подчертаят тези области. И двете кухини съвпадат със струите, видими в радиоизображенията от VLA. Между тези региони се намира свръхмасивна черна дупка, което доказва, че свръхзвуковите струи, произведени от черната дупка, са пробили кухини в горещия газ.

Границите на ударната вълна, подобно на звуковите бумове, се образуват от разширяването на кухините и излъчването на енергия от звукови вълни, отразяващи се от горещ газ, и са източник на топлина, който предотвратява охлаждането на значителна част от газа и, следователно, процесът на образуване на звезди.

Размерът на всяка кухина е около 100 хиляди светлинни години, което приблизително съответства на ширината на галактиката Млечен път. Мощността, необходима за образуването им, е една от най-големите в известните галактически купове. Например тази мощност е почти 10 пъти повече от необходимата за създаване на подобни образувания в съзвездието Персей.

Енергията за захранване на джетовете трябва да бъде освободена от материала, падащ в черната дупка, но от него не са открити рентгенови лъчи. Това е възможно, ако черната дупка не е свръхмасивна, а ултрамасивна, с маса над 10 милиарда слънца. Такава черна дупка е в състояние да произвежда мощни струи, без да консумира много маса, така че поглъща цялата радиация от падащата в нея материя, тъй като няма много от нея.

Това може да се обясни и с факта, че черната дупка има маса само около 1 милиард слънчеви маси, но се върти много бързо. В този случай черната дупка може да изхвърля струи с по-голяма мощност от бавно въртяща се черна дупка, като същевременно абсорбира еднакво количество материя. По този начин и двете обяснения по-горе включват изключително масивна черна дупка.

Освен това е открита по-отдалечена кухина, разположена под различни ъгли спрямо струите по посока север-юг. Най-вероятно тази кухина е създадена от струя от много по-ранно изхвърляне от черната дупка. Това повдига въпроса защо тази кухина вече не съвпада със струите. Тук има две възможни обяснения. Или мащабни движения на газ в клъстера са преместили кухината настрани, или черната дупка прецесира, тоест осцилира като въртящ се връх.

Статия, описваща тази работа, е публикувана на 10 ноември 2013 г. в The Astrophysical Journal и е достъпна в Интернет. Водещият автор е Джули Хлавачек-Ларондо от Станфордския университет. Данните от Хъбъл, използвани в анализа, са взети от проекта за изследване на клъстерни лещи и свръхнова, ръководен от Марк Постман от Научния институт за космически телескопи.

Програмата Chandra се управлява от Центъра за космически полети. Маршал в Хънтсвил, Алабама, в Дирекцията за научни мисии на НАСА във Вашингтон. Научните и технически операции на телескопа Chandra се контролират от Смитсонианската астрофизична обсерватория в Кеймбридж, Масачузетс.

МОСКВА, 15 февруари - РИА Новости.Американски радиоастрономи откриха изключително необичайна свръхмасивна черна дупка в съзвездието Феникс, която не „задушава” процесите на звездообразуване, а възстановява запасите от звездни строителни материали в една от галактиките, се казва в статия, публикувана в Astrophysical Journal.

„Благодарение на ALMA успяхме да видим, че има пряка връзка между „ушите“ на черна дупка, които раздуват нейните емисии, и бъдещото „гориво“ за раждането на нови звезди и растежа на галактиките. Ние Сега по-добре разберете как черните дупки задвижват процесите на звездообразуване и как галактиките могат внезапно да получат нови запаси от газ, за ​​да подхранват своите черни дупки“, каза Хелън Ръсел от университета в Кеймбридж (Великобритания).

В центъра на Млечния път и почти всички негови „братовчеди“ има свръхмасивна черна дупка, която невидимо „дирижира“ процесите на циркулация на материята в цялата галактика. От доста време астрономите са вярвали, че активирането на такива черни дупки води до постепенно опустошаване на галактиката и спиране на процесите на звездообразуване в резултат на факта, че черната дупка се нагрява и изхвърля студени облаци от прах и водород извън галактиката.

Тези облаци от газ - така наречените "уши", както често ги наричат ​​астрономите - се охлаждат изключително бавно и постепенно обграждат галактиките с гигантски пашкул от гореща плазма, предотвратявайки движението на студени газови потоци от междугалактическата среда. В резултат на такива процеси, както сега смятат учените, приблизително половината от галактиките в наблюдаваната Вселена са „живи трупове“ - в тях всъщност не се раждат нови звезди.

Ръсел и нейните колеги откриха, че това не винаги се случва и че понякога черните дупки играят обратната роля, „съживявайки“ подобни мъртви галактики и възстановявайки способността им да предизвикват нови звезди. Те направиха това откритие, докато използваха радиотелескопа ALMA, за да наблюдават посредствения галактически куп SPT-CLJ2344-4243 в съзвездието Феникс.

Този клъстер от галактики се намира на доста голямо разстояние от Земята - около 5,7 милиарда светлинни години, и учените отдавна се интересуват какво точно подхранва мощните черни дупки в централните му галактики. Телескопът ALMA им помогна да намерят отговора на този въпрос, тъй като може да наблюдава движението дори на най-студените молекули въглероден оксид и редица други вещества, открити в звездните „строителни материали“.

Тези наблюдения разкриха нещо неочаквано - оказа се, че газът отстрани на тези "уши" се охлажда неочаквано бързо и се връща обратно към границите на галактиката, откъдето е изхвърлен, движейки се към тях под формата на тесни и много плътни потоци газ с дължина десетки хиляди светлинни години.

Този газ, както предполагат учените, се абсорбира частично от черната дупка и в същото време навлиза в галактиката и захранва нейните запаси от „звездни строителни материали“. Общата му маса е такава, че би била достатъчна за образуването на приблизително 10 милиарда нови слънца.

Подобни процеси, вярват Ръсел и нейните колеги, могат да обяснят как ядрата на много големи и активни галактики остават активни в продължение на стотици милиони и милиарди години и защо много от тях все още не са „задушили“ образуването на звезди в своите галактики.

Според астрофизиците черните дупки не могат да бъдат просто „удушители“ на живота в галактиките, но действат като вид ограничител на скоростта на раждане на звезди, който ги поддържа на определено ниво. В противен случай всички големи галактики щяха да са изчезнали отдавна, тъй като техните запаси от газ щяха да бъдат изразходвани почти мигновено в свръхмощен изблик на звездообразуване.