Впервые астрономы обнаружили вздымающиеся облака холодного комковатого газа, устремляющиеся к черной дыре в центре массивного скопления галактик. Облака движутся со скоростью до 355 километров в секунду — это почти 800 000 миль в час — и могут находиться всего в 150 световых годах от края и почти наверняка упадут в черную дыру, питая ее бездонный колодец.
Наблюдения, которые будут опубликованы в журнале Nature, представляют собой первое прямое свидетельство в поддержку гипотезы о том, что черные дыры питаются облаками холодного газа.Результаты также показывают, что подпитка черной дыры — процесс, известный как аккреция — намного сложнее, чем когда-то думали ученые.
«Простая модель аккреции черной дыры состоит из черной дыры, окруженной сферой горячего газа, и этот газ плавно аккрецирует на черную дыру, и все просто математически», — говорит Майкл Макдональд, доцент физики в Институте Кавли Массачусетского технологического института. для астрофизики и космических исследований. «Но это наиболее убедительное свидетельство того, что этот процесс не является гладким, простым и чистым, а на самом деле довольно хаотичным и неуклюжим».Учитывая новые наблюдения, Макдональд говорит, что у черных дыр, вероятно, есть два способа питания: большую часть времени они могут медленно пастись на постоянной диете из диффузного горячего газа.
Время от времени они могут быстро проглотить сгустки холодного газа, которые окажутся поблизости.«Этот диффузный горячий газ доступен черной дыре на низком уровне все время, и вы можете получать его постоянную струйку», — говорит Макдональд. «Время от времени у вас может быть ливень со всеми этими каплями холодного газа, и в течение короткого промежутка времени черная дыра очень быстро поедает. хороший результат ".
Макдональд является соавтором статьи, которую возглавлял Грант Тремблей, астроном из Йельского университета.Видеть тениИсследователи сделали свое обнаружение с помощью Большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы, или ALMA — одного из самых мощных телескопов в мире, предназначенного для наблюдения за самыми старыми и самыми далекими галактиками во Вселенной. Команда сфокусировала телескопы ALMA на расстоянии 1 миллиарда световых лет от центральной галактики в скоплении Абель 2597 — галактики, размер которой составляет несколько десятков тысяч световых лет в поперечнике.
Эта конкретная галактика является одной из самых ярких во Вселенной, поскольку она, вероятно, дает много новых звезд.Изначально команда хотела понять, сколько звезд образовалось в этом скоплении, поэтому они нанесли на карту весь холодный газ в скоплении.
Этот холодный газ охладился и конденсировался из диффузного ореола горячего газа, окружающего кластер, образуя сгустки. Коллапс холодного газа создает новые звезды, особенно в центральной галактике скопления.«В центре скопления находится единственная массивная галактика, большая папа-галактика скопления», — говорит Макдональд. «Он находится на дне гравитационной воронки, и ему доступен весь газ из тысячи галактик. Это самые массивные галактики с самыми массивными черными дырами во Вселенной и наибольшим потенциалом для звезд. формирование ".
Исследователи использовали ALMA для составления карты спектральных сигнатур или радиоизлучения скопления галактик, специально ища сигнатуры окиси углерода, присутствие которой обычно указывает на очень холодный газ, с температурой минус 200 градусов по Фаренгейту и ниже. Они нанесли на карту угарный газ по всему скоплению галактик и обнаружили, что по мере того, как они заглядывали дальше в скопление, они встречали все более холодный газ, от миллионов градусов по Фаренгейту до отрицательных температур.
В самом центре, на краю сверхмассивной черной дыры скопления, исследователи обнаружили нечто весьма неожиданное: тени трех очень холодных, очень комковатых газовых облаков. Тени отбрасывались на яркие струи материала, извергавшиеся из черной дыры, предполагая, что эти облака были очень близки к тому, чтобы быть поглощенными черной дырой.«Нам очень повезло, — говорит Макдональд. «Вероятно, мы могли бы посмотреть на 100 таких галактик и не увидеть того, что мы видели, просто случайно. Увидеть сразу три тени — это все равно, что открыть не одну экзопланету, а три с первой попытки.
Природа была очень добра в этом случае».Энергетический праздникКоманда оценила скорости трех облаков в 240, 275 и 355 километров в секунду, и все три направлялись к черной дыре.
Макдональд говорит, что эти три облака холодного газа, скорее всего, не будут течь прямо в черную дыру, а вместо этого будут поглощены ее аккреционным диском — массивным диском материала, который в конечном итоге спиралью попадет в черную дыру.Он добавляет, что, хотя ALMA удалось увидеть только три облака холодного газа около черной дыры, их может быть еще больше, что делает черную дыру настоящим праздником.
«Мы видим только эту крошечную полоску», — говорит Макдональд. «Если на линии прямой видимости есть три облака, вокруг могут быть миллионы облаков. И только в этих трех облаках содержится огромное количество энергии.
Итак, если бы мы взглянули на это через миллион лет, мы может увидеть, что черная дыра находится во вспышке — намного ярче, с более мощными струями, потому что весь этот высокоэнергетический материал приземляется на нее ».Это исследование частично финансировалось НАСА, Европейским исследовательским советом, Советом по естественным и инженерным исследованиям Канады и Советом по науке и технологиям.