Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO) Национального научного фонда и партнерские учреждения недавно объявили, что астрономы впервые четко уловили в данных наблюдений высокотемпературный космический ветер, испускаемый сверхмассивной черной дырой Стрелец А* (Sgr A*) в центре Млечного Пути, что является прямым доказательством полувековых теоретических выводов.

Согласно астрофизической теории, когда черная дыра поглощает окружающий газообразный материал, помимо того, что часть его засасывается в горизонт событий, часть материала также должна быть выброшена наружу в виде струй или ветров. Однако этот «ветер» черной дыры в центре Млечного Пути четко не наблюдался.

Это исследование опирается на Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый матричный телескоп (ALMA) в Чили. На основе нескольких лет наблюдений научно-исследовательская группа составила самую подробную на данный момент карту распределения холодного газа вокруг Стрельца А* и обнаружила прямые следы, оставленные «дыханием» черной дыры.

Исследователи уже давно наблюдают излучение молекул угарного газа в диапазоне волн 1,3 мм в диапазоне около 1 парсека (около 3 световых лет) от Стрельца А*. Этот тип молекул является типичным индикатором холодных молекулярных газов и помогает описать пространственную структуру холодного газа вблизи черной дыры.

Поскольку интенсивность радиоизлучения самого Стрельца А* высока и быстро меняется со временем, команда сначала тщательно смоделировала и вычла яркие радиосигналы самой черной дыры, чтобы максимально устранить «бликовые» помехи.

«Вычитая» сильное излучение черной дыры, исследователи смогли различить чрезвычайно слабую и сложную структуру холодного газа в ее окрестностях и случайно обнаружили огромную конусообразную полость, которая выглядела как явно недостающая область на карте распределения холодного газа, а ее геометрическая форма указывала прямо на Стрельца А*.

Чтобы подтвердить физические свойства этой структуры, научно-исследовательская группа также сравнила данные рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и обнаружила, что та же область пространства заполнена рентгеновским излучением, испускаемым высокотемпературными газами.

Это показывает, что в этой конусообразной полости не просто отсутствует материал, но она заполнена высокотемпературным ветром, создаваемым черной дырой; этот ветер либо «сметает» первоначальный холодный газ, либо нагревает его до такой высокой температуры, что он уже не выступает в виде холодного газа.

Исследования показывают, что карта распределения холодного газа, составленная на основе данных ALMA, примерно в 100 раз более чувствительна, чем предыдущие аналогичные наблюдения окиси углерода, а ее пространственное разрешение примерно в 80 раз выше. На сегодняшний день это стало самым четким и наиболее чувствительным наблюдением холодного газа в диапазоне 1 парсек вблизи Стрельца A*.

На этом основании ученые не только впервые четко определили структуру оттока, вызванную черной дырой, в центре Млечного Пути, но и решили проблему «отсутствующего ветра», которая мучила эту область на протяжении десятилетий, доказав, что черная дыра в центре нашего Млечного Пути также яростно взаимодействует с окружающей средой в виде ветра.

По оценкам научно-исследовательской группы, этот высокотемпературный ветер, дующий Стрельцом А*, длится не менее 20 000 лет, показывая, что черная дыра высвобождает энергию и импульс наружу на долгосрочной и стабильной основе.

Однако по сравнению с огромными яркими джетами, видимыми в центрах некоторых других галактик, этот ветер в центре Млечного Пути относительно «мягкий» и не образует чрезвычайно агрессивной струйной структуры. Вместо этого он меняет газовую экологическую среду в центре Млечного Пути более «сдержанным» образом.

Ученые отметили, что это открытие помогает углубить понимание людьми процессов «питания» и «обратной связи» сверхмассивных черных дыр: с одной стороны, черные дыры аккрецируют окружающий газ для получения энергии, а с другой стороны, энергия и вещество повторно впрыскиваются в центр галактики через истечения или струи, тем самым влияя на макроскопические процессы, такие как звездообразование и циркуляция газа.

Как родная галактика человечества, Млечный Путь, ритм «дыхания» и структура его центральной черной дыры, имеют большое демонстрационное значение для понимания общей эволюции галактики. Это наблюдение представляет собой один из самых ясных эмпирических образцов на сегодняшний день.

Ключевым оборудованием для этого достижения является ALMA — крупномасштабная международная астрономическая установка, построенная и эксплуатируемая Европейской южной обсерваторией, Национальным научным фондом США и Национальным институтом естественных наук Японии в сотрудничестве с Республикой Чили. Его цель — наблюдать за структурой газа и пыли в холодной Вселенной, используя миллиметровые и субмиллиметровые диапазоны волн.

Национальная радиоастрономическая обсерватория отвечает за строительство и эксплуатацию ALMA от имени Северной Америки. Это важная платформа радиоастрономических наблюдений под эгидой Национального научного фонда, которая предоставляет открытые и современные возможности наблюдения для мирового астрономического сообщества.

По данным соответствующих агентств, первые явные свидетельства «дыхания» Стрельца А* не только заполняют пробел между теорией и наблюдениями, но и открывают новое окно для будущего совместного исследования центра Млечного Пути с использованием многодиапазонного и мультиоборудования.

Поскольку долгосрочные базовые данные и наблюдения более высокой точности продолжают накапливаться, ожидается, что люди смогут дополнительно охарактеризовать историю эволюции этого космического ветра и оценить его глубокое влияние на распределение газа и активность звездообразования в центре Млечного Пути.