Ученые в близлежащей галактике Центавр А ищут сверхмассивную черную дыру

Исследователи, которые будут использовать будущий космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, составят карту и смоделируют ядро ​​близлежащей галактики Центавр А – сверхмассивную черную дыру. Центавр А обладает искривленным центральным диском из газа и пыли, что свидетельствует о столкновении и слиянии с другой галактикой в ​​прошлом.

Центавр A – гигантская галактика, но ее появление в телескопах может быть обманчивым. Темные пылевые полосы и молодые голубые звездные скопления, пересекающие ее центральную область, видны в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном свете, создавая довольно приглушенный пейзаж. Но за счет перехода на рентгеновские и радиоволны сцена начинает разворачиваться. Из ядра деформированной эллиптической галактики – активной сверхмассивной черной дыры – извергаются зрелищные струи материи, отправляясь в космос далеко за ее пределы.

Галактика Центавр А
Центавр А обладает искривленным центральным диском из газа и пыли, что свидетельствует о столкновении и слиянии с другой галактикой в ​​прошлом. Это пятая по яркости галактика в небе и находится всего в 13 миллионах световых лет от Земли, что делает ее идеальной целью для изучения активного галактического ядра – сверхмассивной черной дыры, излучающей струи и ветры – с помощью будущего космического телескопа НАСА Джеймса Уэбба.
Источники: Рентген: NASA / CXC / SAO; оптика: Рольф Ольсен; инфракрасный: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт; радио: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M.Hardcastle

Что именно происходит в ее основе, что вызывает всю эту активность? Предстоящие наблюдения под руководством Норы Лютцгендорф и Макарены Гарсиа Марин из Европейского космического агентства с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА позволят исследователям впервые заглянуть сквозь ее пыльное ядро ​​в высоком разрешении, чтобы начать отвечать на эти вопросы.

«В Центавре A так много всего происходит, – говорит Люцгендорф. – Газ, диск и звезды галактики – все движутся под влиянием ее центральной сверхмассивной черной дыры. Поскольку галактика находится так близко к нам, мы сможем использовать Уэбб для создания двухмерных карт, чтобы увидеть, как газ и звезды движутся в ее центральной области, как на них влияют струи из ее активного галактического ядра , и в конечном итоге лучше характеризуют массу ее черной дыры».

Пыльное ядро ​​Центавра А
Пыльное ядро ​​Центавра А видно в видимом свете, но его струи лучше всего видны в рентгеновских лучах и радиосвете. С предстоящими наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА в инфракрасном свете исследователи надеются лучше определить массу центральной сверхмассивной черной дыры галактики, а также получить доказательства, показывающие, куда были выброшены струи.
Источники: Рентген: NASA / CXC / SAO; оптика: Рольф Ольсен; инфракрасный: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт; радио: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M.Hardcastle

Беглый взгляд назад

Давайте нажмем «перемотку назад», чтобы просмотреть кое-что из того, что уже известно о Центавре A. Она хорошо изучена, потому что находится относительно близко – примерно в 13 миллионах световых лет от нас – что означает, что мы можем четко разделить всю галактику. Первая запись об этом была сделана в середине 1800-х годов, но астрономы потеряли интерес до 1950-х годов, потому что галактика казалась тихой, хотя и деформированной, эллиптической галактикой. Как только исследователи смогли начать наблюдения с помощью радиотелескопов в 1940-х и 1950-х годах, Центавр A стал радикально более интересным, и его струи стали заметны. В 1954 году исследователи обнаружили, что Центавр A является результатом слияния двух галактик, что, как позже было установлено, произошло это 100 миллионов лет назад.

Проведя больше наблюдений в начале 2000-х годов, исследователи подсчитали, что около 10 миллионов лет назад активное галактическое ядро ​​выбрасывало двойные струи в противоположных направлениях. При изучении всего электромагнитного спектра, от рентгеновских лучей до радиосвета, становится ясно, что в этой истории есть гораздо больше, что нам еще предстоит узнать.

«Многоволновые исследования любой галактики подобны слоям луковицы. Каждая длина волны показывает вам что-то свое, – сказала Марин. – С приборами Уэбба в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне мы увидим гораздо более холодный газ и пыль, чем в предыдущих наблюдениях, и узнаем гораздо больше об окружающей среде в центре галактики».

Сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, прожорливы
Сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, прожорливы. Они периодически “глотают” вращающиеся диски газа и пыли, которые вращаются вокруг них, что может привести к массивным выбросам, влияющим на звездообразование локально и дальше. Когда космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА начнет наблюдение ядер галактик, его инфракрасные инструменты будут пробивать пыль, чтобы доставить изображения и данные с невероятно высоким разрешением, которые позволят исследователям точно узнать, как один процесс запускает другой и как они создают огромную петлю обратной связи.
Источники: НАСА, ЕКА и Л. Хустак (STScI).

Визуализация данных Уэбба

Команда под руководством Люцгендорф и Марин будет наблюдать Центавр А не только путем получения изображений с помощью Уэбба, но и путем спектрального анализа. Спектры Уэбба покажут информацию с высоким разрешением о температурах, скоростях и составе вещества в центре галактики.

В частности, спектрограф Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRSpec и Mid-Infrared Instrument (MIRI)) предоставит исследовательской группе комбинацию данных: изображение плюс спектр в пределах каждого пикселя этого изображения. Это позволит исследователям построить сложные 2D-модели-карты из спектров, которые помогут им определить, что происходит за пеленой пыли в центре, и проанализировать это со многих углов в глубине.

«Когда дело доходит до спектрального анализа, мы проводим множество сравнений, – отмечает Марин. – Если я сравню два спектра в этой области, возможно, я обнаружу, что наблюдаемое содержит заметную популяцию молодых звезд. Или подтвердю, какие области являются одновременно пыльными и нагретыми. Или, может быть, мы определим излучение, исходящее от активного ядра галактики».

Другими словами, «экосистема» спектров имеет много уровней, что позволит команде точнее определить, что присутствует и где находится – что стало возможным благодаря специализированным инфракрасным приборам Уэбба. И, поскольку эти исследования будут основываться на многом, что было раньше, исследователи смогут подтвердить, уточнить или открыть новые горизонты, выявив новые особенности.

Посмотрите, как джеты и ветер сверхмассивной черной дыры воздействуют на ее родительскую галактику – и на пространство в сотнях тысяч световых лет от нас в течение миллионов лет:

Взвешивание черной дыры в Центавре А

Комбинация изображений и спектров, предоставленных NIRSpec и MIRI, позволит команде создать карты с очень высоким разрешением скоростей газа и звезд в центре Центавра A.

«Мы планируем использовать эти карты для моделирования того, как весь центральный диск галактики перемещается, чтобы более точно определить массу черной дыры”, – объясняет Люцгендорф.

Поскольку исследователи понимают, как гравитация черной дыры влияет на вращение соседнего газа, они могут использовать данные Уэбба для взвешивания черной дыры в Центавре A. С более полным набором инфракрасных данных они также определят, как ведут себя разные части газа.

«Я с нетерпением жду возможности полностью заполнить наши данные, – сказала Люцгендорф. – Я надеюсь увидеть, как ионизированный газ ведет себя и вращается, и где мы видим струи».

Новый горизонты

Ученые также надеются открыть новые горизонты.

«Возможно, мы найдем то, о чем еще не думали, – объясняет Люцгендорф. – В некоторых аспектах мы будем покрывать совершенно новую территорию с Уэббом».

Марин полностью соглашается и добавляет, что использование большого количества существующих данных неоценимо.

«Самый захватывающий аспект этих наблюдений – это потенциал для новых открытий, – сказала она. – Я думаю, что мы можем найти что-то, что заставит нас оглянуться на другие данные и переосмыслить то, что было замечено ранее».

Эти исследования Центавра A будут проводиться в рамках совместных программ MIRI и NIRSpec по гарантированным наблюдениям за временем в рамках совместных программ Джиллиан Райт и Пьера Ферруита . Все данные Уэбба в конечном итоге будут храниться в общедоступном архиве космических телескопов Барбары А. Микульски (MAST) в Научном институте космического телескопа в Балтиморе.

Читайте обзоры:

-->