Ураган 79-й категории: астрономы нашли самый быстрый ветер во Вселенной

Астрономы обнаружили далёкий квазар — активное ядро галактики, — в центре которого сверхмассивная чёрная дыра пожирает вещество и выбрасывает ветры с рекордной скоростью: 30% от скорости света, или около 323 миллионов километров в час. Это самый быстрый ветер от чёрной дыры, когда-либо зафиксированный именно в ультрафиолетовом диапазоне.

Квазар, получивший обозначение J2318, обладает массой в 1,7 миллиарда солнечных и находится на расстоянии примерно 3 миллиарда световых лет от нас. По словам члена исследовательской группы Патрика Холла из Йоркского университета, сама по себе масса — довольно типичная для сверхмассивной чёрной дыры, но вот скорость этих ветров совершенно нетипична.

«Если бы мы применили земную шкалу ураганов, ветер этого квазара получил бы 79-ю категорию, — пояснил руководитель группы Лукас Ситон из Йоркского университета. — Каждая следующая категория примерно на 20% быстрее предыдущей. Категория 79 даёт представление о том, насколько он быстр, но, конечно, этот ветер не похож ни на что земное».

Считается, что в центре всех крупных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры с массами в миллионы или даже миллиарды солнц, однако далеко не все эти космические титаны порождают квазары или испускают столь невероятно мощные ветры. Квазары возникают, когда центральная чёрная дыра окружена огромным количеством газа и пыли — так называемым аккреционным диском. Этот диск постепенно питает чёрную дыру.

Как можно догадаться, массы в миллионы или миллиарды раз больше солнечной создают колоссальные гравитационные силы, а значит, внутри аккреционных дисков возникают мощные приливные эффекты, вызывающие трение и заставляющие диск ярко светиться во всём электромагнитном спектре. Это излучение также выталкивает вещество прочь в виде интенсивных чёрных ветров.

«В квазарах мы часто видим газ, выталкиваемый светом самого квазара, — объяснил Ситон. — Ветер в J2318 виден в ультрафиолетовых длинах волн и достигает 30% скорости света. В рентгеновском диапазоне находили и более быстрые ветры, но в ультрафиолете J2318 — абсолютный рекордсмен».

Принципиальное отличие этих ветров от земных в том, что их движет не перепад давления, а излучение: частицы света — фотоны — отскакивают от атомов и придают им импульс. «Квазары излучают столько фотонов, что эти крошечные толчки складываются в экстремальные скорости, — говорит Ситон. — Но есть проблема: фотоны могут и полностью срывать электроны с атомов, делая их невидимыми. Как разогнать газ до наблюдаемых нами скоростей, сохранив при этом нетронутыми ионы углерода и кремния, — та ещё загадка».

Чтобы подступиться к этой загадке, команда обратилась к данным спектроскопических обзоров SDSS-IV и SDSS-V, входящих в Слоановский цифровой небесный обзор (SDSS). «Подобно тому, как радуга раскладывает солнечный свет на разные длины волн — цвета, SDSS раскладывает свет звёзд, галактик и квазаров в то, что мы называем спектрами, — пояснил Ситон. — Изучая эти спектры, студенты со временем учатся выискивать необычные квазары».

Детальные спектры J2318 и выдали эти сверхскоростные ветры в ультрафиолете. Изучение подобных явлений критически важно для понимания того, как эволюционируют галактики. Дело в том, что именно через такие ветры сверхмассивные чёрные дыры обмениваются энергией со своим галактическим окружением. Эта энергия способна выметать газ и пыль — сырьё для звёздообразования, — фактически прекращая рождение новых звёзд.

«Эти экстремальные истечения несут невероятное количество энергии, способное влиять на галактики вокруг. Они служат своего рода недостающим звеном: той самой неуловимой обратной связью между активной центральной областью галактики и её окраинами», — отметила Паола Родригес Идальго, адъюнкт-профессор Вашингтонского университета в Ботелле. По её словам, хотя этот процесс десятилетиями включают в симуляции формирования галактик, предстоит ещё огромная наблюдательная работа, чтобы убедиться, что модели отражают реальность.

Команда и другие астрономы продолжат охоту за высокоскоростными чёрными ветрами в ультрафиолете, но не слишком уверены, что удастся превзойти рекорд J2318. Как заключил один из исследователей Флорес: «Найти более быстрый ультрафиолетовый отток, чем у J2318, будет непросто, но мы продолжаем поиски — от ближней Вселенной до самых далёких уголков, доступных нашему взору».

Исследование было опубликовано в четверг, 4 июня, в журнале The Astrophysical Journal.

Впрочем, главная интрига J2318 лежит даже не в рекордной скорости его ветров, а в том, откуда берётся топливо для такого титанического аппетита. Чтобы чёрная дыра массой почти в два миллиарда солнц могла веками поддерживать столь яростный ветер, ей требуется колоссальный приток вещества. Но галактика, в которой она обитает, не проявляет признаков недавнего крупного слияния — именно такие столкновения обычно и поставляют газ в центр. Значит, либо мы видим последствия какого-то более спокойного, растянутого во времени процесса аккреции, либо стандартные модели эволюции галактик упускают целый класс «тихих» механизмов доставки вещества, способных питать самых прожорливых монстров Вселенной. Разгадка этого парадокса, возможно, заставит переписать учебники по астрофизике.