Впервые ученые заглянули в «глаз бури» сверхмассивной черной дыры: телескоп XRISM совершил прорыв

Ученые проникли в самую сердцевину «бушующего шторма», окружающего сверхмассивные черные дыры, как никогда глубоко. Это беспрецедентное исследование турбулентных и violent условий в окрестностях этих космических титанов, включая первую в истории человечества сфотографированную черную дыру, стало возможным благодаря совместной миссии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и NASA — Рентгеновской обсерватории XRISM (XRISM).

Используя XRISM, астрономы и раньше могли видеть на рентгеновских снимках, как сверхмассивные черные дыры влияют на окружающий газ, но эти наблюдения страдали от недостатка: они представляли собой статичные изображения невероятно динамичного процесса. Измеряя энергию рентгеновских лучей, исходящих от раскаленного газа, XRISM позволяет составить гораздо более полную и динамичную картину влияния черной дыры, чем это было возможно раньше.

«Каждая сверхмассивная черная дыра словно находится в "глазу собственного шторма". До появления XRISM мы могли лишь видеть фотографию этого шторма. Теперь же мы можем измерить скорость этого циклона», — заявила в своем заявлении Энни Хайнрих из Чикагского университета, член исследовательской группы. — «Впервые мы можем напрямую измерить кинетическую энергию газа, возмущаемого черной дырой».

Ключевую роль в этом исследовании, опубликованном в конце января 2026 года в журнале Nature, сыграла обсерватория XRISM, запущенная в 2023 году. XRISM, работающая в партнерстве с Европейским космическим агентством (ESA), обладает способностью отслеживать химический состав невероятно горячего газа вокруг сверхмассивных черных дыр и определять характер его движения.

«XRISM позволяет нам безошибочно отличать движения газа, вызванные черной дырой, от движений, порождаемых другими космическими процессами, что ранее было невозможно», — объяснил Конъяо Чжан из Университета Масарика, один из руководителей команды.

Сверхмассивные черные дыры — неаккуратные едоки

Считается, что сверхмассивные черные дыры с массой в миллионы или даже миллиарды раз больше массы Солнца находятся в центрах всех галактик. Их колоссальное гравитационное влияние перемешивает газ, пыль и даже близлежащие звезды, оказывая тем самым огромное воздействие на свои родные галактики.

Сверхмассивные черные дыры часто окружены огромными количествами газа и пыли, вращающимися вокруг них в сплющенных облаках, называемых аккреционными дисками. Эти диски постепенно питают центральную черную дыру материей, но значительная часть этого вещества под воздействием мощных магнитных полей направляется к полюсам черной дыры. Там эти частицы разгоняются почти до скорости света и выбрасываются наружу в виде двойных джетов (струй).

Тот факт, что сверхмассивные черные дыры являются такими неаккуратными едоками, означает, что они не просто перемешивают газ в своих окрестностях, но и впрыскивают огромное количество энергии в окружающее пространство. Это влияние простирается далеко за пределы ближайших окрестностей сверхмассивной черной дыры, достигая сотен тысяч световых лет. Оно может влиять на галактики самыми разными способами, включая «убийство» активного звездообразования путем вытеснения газа — строительного материала для новых звезд. Таким образом, понимание воздействия черных дыр на их родные галактики жизненно важно для понимания галактической эволюции.

Исследования, подобные этому, имеют решающее значение для составления полной картины этого влияния.

Одна из сверхмассивных черных дыр, изученных этой командой, будет очень хорошо знакома любителям астрономии. В 2019 году широкая публика узнала, что M87*, расположенная в галактике Мессье 87 (M87) в скоплении Девы, стала первой черной дырой, сфотографированной человечеством благодаря телескопу Event Horizon Telescope (EHT).

В этом новом исследовании XRISM сфокусировался на относительно небольшой области вокруг M87* и обнаружил самую сильную турбулентность, когда-либо наблюдавшуюся в скоплении галактик, даже более violent, чем условия, возникающие при столкновении и слиянии скоплений.

«Скорости газа наиболее высоки вблизи черной дыры и очень быстро падают по мере удаления от нее», — сообщила Ханна Макколл, член команды и исследователь из Чикагского университета. — «Самые быстрые движения, вероятно, вызваны сочетанием турбулентных вихрей и ударной волны от истекающего газа, и то, и другое — порождение черной дыры».

Команда также исследовала движение газа в скоплении галактик Персей — самом ярком скоплении в рентгеновском диапазоне, видимом с Земли. Яркость этого скопления позволила исследователям использовать данные XRISM для составления карты движения газа как в центре скопления, так и дальше от его ядра.

Это позволило выявить как «толчок», который сверхмассивная черная дыра придает скорости этого газа, так и движение газа, вызванное продолжающимся слиянием скопления Персей с цепочкой галактик.

Это может дать ответ на вопрос, почему звезды в центрах галактических скоплений упакованы не так плотно, как ожидают астрономы. Команда теоретизирует, что если бы энергию движущегося газа, зарегистрированную XRISM, преобразовать в тепло, то это помешало бы газовым облакам достаточно охладиться, чтобы сжаться и дать жизнь новым звездам.

«Остается открытым вопрос, является ли это единственным работающим механизмом нагрева, но результаты ясно дают понять, что турбулентность — необходимый компонент энергообмена между сверхмассивными черными дырами и окружающей их средой», — сказала Макколл.

XRISM продолжает собирать рентгеновские данные, которые могут предоставить еще более четкую картину взаимосвязи между сверхмассивными черными дырами и их родными галактиками, а также того, как эти отношения меняются по мере старения и эволюции обоих объектов.

«Основываясь на том, что мы уже узнали, я уверена, что мы приближаемся к разгадке некоторых из этих загадок», — заявила Ирина Журавлева из Чикагского университета, еще один член исследовательской команды. «Возможно, вскоре мы сможем не только наблюдать последствия, но и полностью понять сам механизм обратной связи между черной дырой и галактикой».