Використовуючи Центр моделювання клімату НАСА ( NCCS ), науковці Центру космічних польотів імені Годдарда провели 100 симуляцій, досліджуючи джети — вузькі пучки енергетичних частинок, — які вилітають із надмасивних чорних дір зі швидкістю, майже близькою до світла. Ці гіганти знаходяться в центрах активних галактик, що утворюють зірки, як-от наша власна галактика Чумацький Шлях, і можуть важити в мільйони чи мільярди разів більше маси Сонця.
Коли струмені та вітри витікають із цих активних галактичних ядер (AGN), вони «регулюють газ у центрі галактики та впливають на такі речі, як швидкість утворення зірок і те, як газ змішується з навколишнім галактичним середовищем», пояснив керівник дослідження. Раян Таннер, постдокторант у лабораторії рентгенівської астрофізики Центру Годдарда.
«Для нашого моделювання ми зосередилися на маловивчених струменях із низькою яскравістю та на тому, як вони визначають еволюцію галактик-господарів». – сказав Таннер.
Він співпрацював з астрофізиком з рентгенівської астрофізичної лабораторії Кімберлі Вівер над обчислювальним дослідженням, яке опубліковано в The Astronomical Journal.
Імітація потоків AGN
Докази спостережень щодо струменів та інших потоків AGN спочатку були отримані з радіотелескопів, а пізніше з рентгенівських телескопів НАСА та Європейського космічного агентства. Протягом останніх 30-40 років астрономи, в тому числі Вівер, зібрали пояснення їх походження, поєднавши оптичні, радіо, ультрафіолетові та рентгенівські спостереження.
«Струмені високої яскравості легше знайти, оскільки вони створюють масивні структури, які можна побачити під час радіоспостережень, — пояснив Таннер. – Струмені низької яскравості важко вивчати за допомогою спостережень, тому астрономічна спільнота їх також не розуміє».
Праворуч: у галактиці
Центавр А видно струмені частинок, що простягаються далеко над і під диском галактики. Зображення ESO/WFI (оптичне); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss та ін. (субміліметровий); і NASA/CXC/CfA/R. Крафт та ін. (рентгенівський знімок).
Гіпотетична галактика
Для реалістичних вихідних умов Таннер і Вівер використовували загальну масу гіпотетичної галактики розміром приблизно з Чумацький Шлях. Для розподілу газу та інших властивостей AGN вони звернулися до спіральних галактик, таких як NGC 1386, NGC 3079 і NGC 4945.
Таннер модифікував код астрофізичної гідродинаміки Athena , щоб досліджувати вплив струменів і газу один на одного в 26 000 світлових років простору, що становить приблизно половину радіуса Чумацького Шляху. З повного набору зі 100 моделювань команда вибрала 19 для публікації, які зайняли 800 000 годин роботи суперкомп’ютера NCCS Discover.
«Можливість використовувати суперкомп’ютерні ресурси NASA дозволила нам досліджувати набагато більший простір параметрів, ніж якби нам довелося використовувати скромніші ресурси, — сказав Таннер. – Це призвело до виявлення важливих зв’язків, які ми не могли виявити в більш обмеженому масштабі».
Результати
Моделювання виявило дві основні властивості струменів низької яскравості:
- Вони взаємодіють зі своєю господарською галактикою набагато більше, ніж струмені високої яскравості.
- Обидва струмені впливають на міжзоряне середовище всередині галактики та зазнають його впливу, що призводить до більшої різноманітності форм, ніж струмені високої яскравості.
Ці симуляції демонструють, що взаємодія між струменями та їх галактиками-господарями може пояснити області оптичного та рентгенівського випромінювання, а також різні рухи газу, які спостерігаються в деяких активних галактичних ядрах (AGN).
«Ми продемонстрували метод, за допомогою якого AGN впливає на свою галактику та створює фізичні особливості, такі як поштовхи в міжзоряному середовищі, які ми спостерігали протягом приблизно 30 років, — зайважила Вівер. – Ці результати можна порівняти з оптичними та рентгенівськими спостереженнями. Я була здивована тим, наскільки добре теорія відповідає спостереженням і відповідає на давні запитання про AGN, які я вивчала як аспірант, наприклад NGC 1386! І тепер ми можемо розширити до більших зразків».
