Считается, что в центре большинства известных галактик, в том числе и нашего Млечного Пути, находится черная дыра, чья масса может превосходить солнечную в миллионы и даже миллиарды раз. Обычно эти гиганты пребывают в «спящем» состоянии, однако в случае если рядом оказываются облака пыли или газа, черная дыра благодаря своей гравитации захватывает вещество, формируя из него вращающийся аккреционный диск, по форме напоминающий бублик. В таком «бублике» частицы материи трутся друг об друга, разогреваясь до крайне высоких температур, а также выбрасываются черной дырой в космос с околосветовыми скоростями. Эти процессы сопровождаются выделением энергии в самых разных диапазонах — от радио до гамма, — поэтому область вокруг «пробудившейся» сверхмассивной черной дыры называют активным галактическим ядром.
Из-за того что центральная «машина» галактического ядра окружена газопылевым «бубликом», излучение, идущее от окрестностей черной дыры, распространяется в форме двух широких конусов, направленных в противоположные стороны. По форме они напоминают лучи прожектора. Если такие конусы сталкиваются с облаками межзвездного газа, они ионизируют их, превращая нейтральные атомы и молекулы в ионы. Поэтому астрономы называют эти структуры конусами ионизации.
Центральная машина активного ядра с пылевым тором и конусом ионизации. Источник: Евгений Малыгин
Ранее считалось, что конусы ионизации находятся преимущественно в околоядерных областях. Однако последние исследования показывают, что они могут выходить за пределы галактики, а их протяженность порой достигает сотен тысяч световых лет.
«Исследование конусов ионизации и облаков газа, с которыми они взаимодействуют, может пролить свет на многие вопросы — например помочь ученым понять, откуда берется газ в межгалактическом пространстве, а также узнать, как меняется активность галактического ядра со временем», — рассказывает Алексей Моисеев, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Специальной Астрофизической обсерватории РАН (САО РАН).
Астрономы САО РАН (Нижний Архыз), Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Москва), студенты Казанского федерального университета (Казань) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) вместе с сотрудниками Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) и коллегами из Алабамского университета (США) изучили 111 близких активных галактических ядер и 17 галактик, находящихся в процессе слияния.
В результате ученым удалось обнаружить два очень далеких ионизованных облака в системах NGC 235 и NGC 5514. Первая, NGC 235, расположена в созвездии Кита и представляет собой линзовидную галактику с галактикой-компаньоном, а вторая – в созвездии Волопаса и является спиральной галактикой в процессе слияния с другой галактикой. Ионизированные облака находились в 26 и 75 килопарсеках от активных галактических ядер соответственно (примерно равно 84 и 244 тысячам световых лет).
Кроме того, анализ всех полученных данных показал, что ядро главной галактики NGC 5514 потускнело не менее чем в 3 раза за последние 250 тысяч лет.
Также в ходе проведенного исследования были обнаружены ранее неизвестные конуса ионизации еще в четырех галактиках – не столь большие и находящиеся целиком в видимых границах галактик, но все равно тянущиеся на расстояния – от 5 до 10 килопарсек от ядра (от 16 до 32 тысяч световых лет).
«Подобные облака в подавляющем большинстве случаев встречаются в системах, где имеет место взаимодействие галактик, так что образуются характерные “приливные хвосты”, газ в которых выходит из плоскости основного звездного диска и выбрасывается в космическое пространство. Либо, наоборот, идет речь о гравитационном захвате внешнего вещества, удачно попавшего в конус излучения активного ядра. Это объясняет, почему облака находятся на таких больших расстояниях от своих “прародителей”», – комментирует Алексей Моисеев.
Активные галактические ядра – это наиболее мощные источники энергии, известные во Вселенной. Опубликованная работа – одна из попыток понять, как их светимость меняется со временем.
«Сравнение компьютерных моделей взаимодействия галактик с реальными наблюдениями систем, обнаруженных в нашей работе, позволит понять, насколько быстро здесь происходит включение и выключение активности черной дыры. Мы планируем провести подобное исследование», – заключает Алексей Моисеев.
