NASA відкриває прихований всесвіт надмасивних чорних дір

Поєднавши дані з телескопів NASA IRAS і NuSTAR, вчені виявили більше прихованих надмасивних чорних дір, ніж припускали попередні оцінки. Їхні результати показують, що понад третина цих чорних дір закрита щільним газом і пилом, що впливає на ріст і еволюцію галактик. Дослідження демонструє силу поєднання архівних інфрачервоних даних із сучасними рентгенівськими спостереженнями для кращого розуміння цих загадкових космічних об’єктів.

Пошук надмасивних чорних дір у космосі

Кілька телескопів NASA нещодавно допомогли вченим досліджувати небо у пошуках надмасивних чорних дір — гігантських об’єктів, які можуть бути у мільярди разів масивнішими за Сонце. Унікальність цього дослідження полягає в тому, що воно здатне виявляти як чорні діри, що приховані за густими хмарами газу та пилу, так і ті, що відкриті для спостереження. Астрономи вважають, що майже кожна велика галактика у Всесвіті має надмасивну чорну діру в центрі. Однак довести цю теорію складно, адже порахувати всі чорні діри у Всесвіті неможливо. Тому науковці аналізують менші вибірки і на їх основі оцінюють загальну кількість чорних дір. Якщо дослідники зможуть точно визначити, скільки з них приховані за хмарами газу, це допоможе краще зрозуміти їх поширеність у Всесвіті.

Більше прихованих чорних дір, ніж очікувалося

У новому дослідженні, опублікованому в Astrophysical Journal, вчені виявили, що близько 35% надмасивних чорних дір сильно закриті від спостереження — настільки, що навіть низькоенергетичне рентгенівське випромінювання не може їх проникнути. Попередні дослідження припускали, що таких чорних дір менше 15%. За теоретичними моделями формування галактик, кількість відкритих і прихованих чорних дір повинна бути приблизно однаковою. Якщо спостереження і надалі показуватимуть значно меншу частку прихованих чорних дір, це змусить вчених переглянути основні уявлення про їхню роль у розвитку галактик.

Як чорні діри можуть бути водночас темними і яскравими

Попри те, що чорні діри самі по собі невидимі (оскільки навіть світло не може уникнути їхнього тяжіння), вони можуть бути одними з найяскравіших об’єктів у Всесвіті. Коли газ наближається до чорної діри, він нагрівається до сотень тисяч градусів, створюючи величезне тертя та випромінювання, що може перевершувати світність всієї галактики. Хмари газу та пилу навколо чорної діри можуть формувати тороїдальну (бубликоподібну) структуру. Якщо цей «бублик» розташований так, що його отвір спрямований на Землю, ми бачимо яскравий диск усередині нього. Якщо ж він повернутий до нас ребром, диск прихований за газовими хмарами.

Використання сучасних телескопів для виявлення прихованих чорних дір

Більшість телескопів можуть легко розпізнавати «відкриті» надмасивні чорні діри, але не ті, що сховані за пиловими хмарами. Однак є виняток, який допоміг авторам цього дослідження: хмари навколо чорних дір поглинають світло від центрального джерела і випромінюють його на довших інфрачервоних хвилях. Це явище дозволяє виявити приховані чорні діри за допомогою інфрачервоних телескопів.

Поєднання інфрачервоних і рентгенівських спостережень

Телескоп NASA IRAS (Infrared Astronomical Satellite), який працював у 1983 році, виявив сотні потенційних об’єктів. Однак деякі з них виявилися не чорними дірами, а галактиками з високою швидкістю зореутворення, які також випромінюють інфрачервоне світло. Щоб підтвердити, які з об’єктів є справжніми прихованими чорними дірами, дослідники використали рентгенівський телескоп NASA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array). Оскільки низькоенергетичні рентгенівські промені блокуються пиловими хмарами, вчені сфокусувалися на високочастотному рентгенівському випромінюванні, яке здатне проникати крізь газ і пил. Це дозволило їм точніше визначити кількість прихованих чорних дір.

Важливість дослідження для розуміння еволюції галактик

Результати дослідження допомагають зрозуміти, як чорні діри ростуть і впливають на свої галактики. Якщо чорні діри збільшуються, поглинаючи матерію, то значна їх частина повинна бути оточена щільними газовими хмарами. Нове дослідження підтверджує цю гіпотезу. Чорні діри також відіграють ключову роль у формуванні галактик, оскільки їхні викиди можуть впливати на утворення зірок. Якщо велика кількість газу потрапляє в чорну діру, вона може «відригати» його назад у вигляді потужних потоків випромінювання. Це може розсіювати газ у галактиці та сповільнювати процес утворення нових зірок.

«Якби у галактиках не було чорних дір, вони були б значно більшими», — пояснює Пошак Ганді, професор астрофізики з Університету Саутгемптона та співавтор дослідження. «Наприклад, якби у Чумацькому Шляху не було надмасивної чорної діри, в ньому могло б бути набагато більше зірок, ніж ми бачимо зараз».