Два кольца вокруг гигантской чёрной дыры вращаются в противоположных направлениях

Чёрные дыры в центрах галактик часто окружены дисками падающего на них вещества.

Иллюстрация NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Полученное телескопом ALMA изображение центрального объекта NGC 1068. Синим показан газ, приближающийся к Земле в момент наблюдения, красным - удаляющийся. Белые конусы - газ, покидающий диск.

Иллюстрация ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Астрономы открыли удивительное явление, которое помогает понять, как успели вырасти сверхмассивные чёрные дыры. Речь идёт о "хищнице", вокруг которой вращаются сразу два кольца вещества, причём в противоположных направлениях. При этом, что особенно поразительно, внешнее кольцо находится очень близко к внутреннему. Такого наблюдатели не видели ещё никогда.

Человечеству невероятно повезло застать существование такой структуры: уже через несколько сотен тысяч лет она должна закончить своё существование в фейерверке, впечатляющем даже по космическим меркам.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters.

Напомним, что в центрах почти всех известных галактик есть сверхмассивные чёрные дыры, на которые падает вещество. Раскаляясь от трения, эта материя излучает мощные электромагнитные волны, благодаря чему её и наблюдают астрономы. Довольно часто облако падающего вещества имеет форму диска, вращающегося вокруг чёрной дыры.

В спиральной галактике NGC 1068 (она же M 77), расположенной в 47 миллионах световых лет от Земли в созвездии Кита, астрономы давно наблюдали такой диск. Но, наведя на него радиотелескоп ALMA с его огромной разрешающей способностью (способностью различать мелкие детали), они обнаружили нечто весьма любопытное.

"Благодаря впечатляющей разрешающей способности ALMA мы зарегистрировали движение газа по внутренним орбитам вокруг чёрной дыры, – рассказывает Виолетте Импеллиццери (Violette Impellizzeri) из Национальной радиоастрономической обсерватории США, первый автор статьи. – Удивительно, но мы обнаружили два диска газа, вращающихся в противоположных направлениях".

Внутренний диск, или, точнее, тор ("бублик"), имеет внутренний диаметр в два и внешний диаметр в четыре световых года. Он вращается в том же направлении, что и вся галактика. Внешний тор примыкает к внутреннему почти вплотную. Его внутренний диаметр составляет примерно четыре, а внешний – двадцать два световых года. Он вращается в противоположном направлении.

"Мы не ожидали увидеть это, потому что газ, падающий в чёрную дыру, обычно вращался вокруг неё только в одном направлении, – объясняет Импеллиццери. – Что-то должно было нарушить поток, потому что часть диска не может начать вращаться в обратном направлении сама по себе".

Полученное телескопом ALMA изображение центрального объекта NGC 1068. Синим показан газ, приближающийся к Земле в момент наблюдения, красным – удаляющийся. Белые конусы – газ, покидающий диск.

Поясним во избежание недоразумений, что галактика не вращается вокруг своей центральной чёрной дыры под действием её гравитации, как планеты вокруг Солнца. Для этого просто нет причин. Масса Солнца составляет более 99% массы Солнечной системы, тогда как масса центральной чёрной дыры образует лишь ничтожную долю массы галактики. Более того, хорошо заметное вращение вокруг своей оси вообще имеют не все галактики, а только спиральные (к каковым NGC 1068 как раз относится).

Облако вокруг чёрной дыры может вращаться как в ту же сторону, что и галактика, так и в противоположную. Для обширной статистики пока не хватает данных, но астрономы считают, что большинство дисков вращается всё-таки так же, как родительская галактика. Так должно происходить просто потому, что это облако образуется из вещества, входящего в состав звёздной системы, и нужно какое-то особое воздействие, чтобы закрутить его в противоположную сторону.

Вместе с тем иногда астрономы наблюдают вокруг сверхмассивной чёрной дыры два тора, вращающихся в противоположных направлениях. Такие случаи редки, но NGC 1068 не одинока в этом отношении. Как полагают эксперты, подобные эксцессы вызваны столкновениями или иными взаимодействиями галактик. NGC 1068 делает уникальным близость двух "колёс", ведь обычно внешний тор отстоит от внутреннего на тысячи световых лет.

Авторы предполагают, что и в данном случае внешний тор образовался благодаря гравитации проходившей мимо галактики. Возможно также, что материалом для него послужили облака газа, по какой-то причине исторгнутые из основного тела галактики и приблизившиеся к чёрной дыре.

Структура из двух близко расположенных, но вращающихся в противоположных направлениях торов нестабильна. Авторы полагают, что нужно лишь несколько оборотов (которые займут несколько сотен тысяч лет, что по астрономическим меркам совсем не много), чтобы внешний тор начал падать на внутренний.

Стройное вращение газа нарушится, и огромные массы вещества отправятся прямо в пасть чёрной дыры. Сталкиваясь друг с другом, облака газа и пыли выделят в виде тепла огромную энергию. Это будет выглядеть как взрыв невероятной силы. В результате масса центральной чёрной дыры, уже сейчас составляющая почти 17 миллионов солнц, значительно вырастет.

К слову, это может стать ответом на загадку, которая давно беспокоит специалистов. Как показывают наблюдения, сверхмассивные чёрные дыры уже существовали как минимум через миллиард лет после Большого взрыва (произошедшего, напомним, 13,8 миллиарда лет назад). Современные теории не могут объяснить, как они успели так быстро набрать массу.

Благодаря NGC 1068 появилась интересная версия. Возможно, по крайней мере часть из этих монстров молниеносно набрала вес в результате крушения системы из двух торов, описанных выше (хотя не исключено, что всему виной гамбургеры).

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о космическом фонтане, бьющем из окрестностей огромной чёрной дыры, и о том, как подсмотреть за рождением сверхмассивного монстра.