В самом центре Млечного Пути скрывается гигант — сверхмассивная черная дыра Стрелец A*, которая ведет себя необычайно спокойно по сравнению с аналогичными объектами в других галактиках. В отличие от своих «собратьев», она не выбрасывает мощные релятивистские струи плазмы, известные как джеты. Тем не менее, астрофизики давно предполагали, что даже столь «тихая» черная дыра время от времени должна проявлять активность в виде горячих ветров, вырывающихся из окрестностей горизонта событий. После более чем полувека поисков ученым наконец удалось зафиксировать это явление, что может объяснить загадочную пассивность нашей черной дыры.

Особенности Стрельца A*

Стрелец A* — это гравитационный центр нашей Галактики, масса которого превышает солнечную в четыре миллиона раз. Несмотря на свои размеры, по космическим меркам этот объект крайне спокоен. В отличие от активных ядер других галактик, таких как квазары, чье излучение затмевает свет всех звезд вместе взятых, окрестности Стрельца A* не проявляют бурной активности и не выбрасывают джеты, видимые на расстояниях в миллиарды световых лет.

Теоретические предпосылки и поиски

Еще в 1970-х годах ученые предположили, что даже у неактивных черных дыр могут происходить всплески активности. Аккреционный диск и магнитные поля способны вызывать мощные выбросы и формировать горячие ветры. Газ и пыль, падая на черную дыру, разгоняются до огромных скоростей и нагреваются, но часть этой материи не поглощается, а выбрасывается обратно в пространство в виде горячего ветра.

Считается, что такие ветры могут переносить энергию и импульс в межзвездную среду, нагревать или выталкивать газ, тем самым регулируя рост черной дыры и влияя на темпы звездообразования вокруг нее.

Сложности наблюдений

Долгое время обнаружить горячий ветер у Стрельца A* не удавалось из-за крайне сложной для наблюдений области вокруг черной дыры — так называемого циркумнуклеарного диска. Это плотное скопление звезд, пыли и газа, которое надежно скрывает процессы, происходящие вблизи горизонта событий.

Прорыв в исследованиях

Американские астрофизики Марк Горски и Елена Мурчикова из Северо-Западного университета в Иллинойсе использовали радиотелескоп ALMA в Чили и на протяжении пяти лет собирали данные о внутренней части циркумнуклеарного диска. Чтобы выделить слабое свечение холодного газа на фоне яркого, мерцающего излучения самой черной дыры, ученые создали компьютерную модель, симулирующую это мерцание, и затем «вычли» его из общего сигнала. В результате им удалось получить карту холодного газа в пределах нескольких световых лет от Стрельца A* с разрешением, в 100 раз превышающим предыдущие наблюдения.

Первым сюрпризом стало обнаружение большого количества холодного газа в непосредственной близости от черной дыры, где ранее его не ожидали увидеть в значительных объемах.

Ключевое открытие

На полученной карте ученые заметили четкую коническую область, практически лишенную холодного вещества — словно туннель или дыра в газовой структуре диска. Сопоставив эти данные с рентгеновскими наблюдениями, фиксирующими излучение от раскаленной материи, исследователи обнаружили поразительное совпадение: пустой конус идеально совпал с областью, наполненной горячим газом. Таким образом, астрономы впервые увидели явный след горячего ветра, пробивающегося сквозь более холодную среду.

Расчеты показали, что энергия, необходимая для прохождения горячего газа через этот конус, эквивалентна излучению 25 000 Солнц. Ни близлежащие звезды, ни возможные следы древних взрывов сверхновых не могли бы обеспечить такую мощность. Источник горячего ветра — процессы в аккреционном диске черной дыры.

Значение открытия

Это открытие существенно расширяет представления о работе черных дыр. Ранее астрономы уже обнаружили гигантские структуры над и под плоскостью Галактики — так называемые пузыри Ферми, которые считаются свидетельством того, что в прошлом Стрелец A* был гораздо активнее и мог выбрасывать мощные джеты.

Новые данные о горячем ветре позволяют объяснить нынешнее «затишье» черной дыры. Ветер действует как своеобразный выпускной клапан: он выдувает материал из окрестностей Стрельца A*, лишая его «топлива» и не давая перейти в более активную фазу с образованием джетов.

Перспективы дальнейших исследований

Полученные результаты помогут лучше понять, как вращается Стрелец A*. Долгое время считалось, что ось вращения должна быть перпендикулярна плоскости Млечного Пути, однако первые снимки тени черной дыры, опубликованные в 2022 году, показали, что объект развернут лицом к наблюдателям. Тогда данных было недостаточно для точного анализа.

Новые наблюдения могут подсказать, в каком направлении движется материя, падающая в черную дыру. Это важно не только для понимания работы самой черной дыры, но и для изучения эволюции нашей Галактики.

Результаты исследования опубликованы в электронном архиве научных статей и препринтов Корнеллского университета.