Что заставляет джеты черных дыр менять направление? Астрономы объяснили это странное поведение

В бескрайних просторах космоса, где галактики собираются в грандиозные скопления, сверхмассивные черные дыры (СМЧД) играют ключевую роль в эволюции этих колоссальных структур. Подобно неустанным дирижерам, они управляют потоками энергии, которые пронизывают межгалактическую среду, влияя на формирование звезд и судьбы целых галактик. Одним из самых впечатляющих проявлений мощи СМЧД являются релятивистские струи — джеты, вырывающиеся из их окрестностей с околосветовой скоростью.

В течение десятилетий астрономы считали, что эти джеты являются стабильными и постоянными образованиями. Однако новые исследования, проведенные с помощью радиоинтерферометров VLBA и космической рентгеновской обсерватории «Чандра», показывают удивительную картину: джеты СМЧД могут резко менять свое направление, исполняя замысловатый танец в центрах галактических скоплений.

Джеты и пузыри: разгадывая загадку несоответствий

Исследование, проведенное международной группой астрономов под руководством Франческо Убертози, сосредоточилось на 16 скоплениях галактик, в центрах которых расположены активные ядра галактик (АЯГ). Анализ данных VLBA позволил точно определить ориентацию джетов на парсековых масштабах, в то время как данные «Чандры» выявили гигантские пузыри горячего газа — «отпечатки» джетов — на килопарсековых расстояниях.

Удивительно, но в 30-40% случаев ориентация джетов и пузырей не совпадала. Возникает вопрос: если джеты и пузыри связаны, как объяснить эти несоответствия?

Факторы проекции и влияние окружающей среды

В первую очередь ученые рассмотрели влияние проекции. Возможно, что наблюдаемые расхождения в ориентации джетов и пузырей являются иллюзорными и связаны с нашим углом зрения. Однако детальный анализ показал, что проекция не может объяснить все случаи несоответствия.

Влияние окружающей среды — еще один фактор, который мог бы привести к изменению направления джетов. Например, гравитационные взаимодействия с соседними галактиками могут вызывать возмущения в межгалактическом газе, которые, в свою очередь, могут отклонять джеты. Однако все изученные скопления галактик оказались динамически активными, что свидетельствует о том, что возмущения в окружающей среде не являются определяющим фактором в переориентации джетов.

Переориентация джетов: новая реальность

Полученные результаты указывают на то, что переориентация джетов является не случайным явлением, а скорее следствием фундаментальных процессов, происходящих вблизи СМЧД. Более того, анализ показал, что джеты чаще всего меняют свое направление на большие углы, близкие к 90 градусам.

Наиболее вероятное объяснение этого феномена связано с изменением ориентации аккреционного диска вокруг СМЧД. Этот диск, состоящий из падающего на черную дыру газа, может быть наклонен относительно оси вращения самой черной дыры. В этом случае джеты, формирующиеся вблизи черной дыры, будут следовать за ориентацией диска, а не за осью вращения СМЧД.

Важно отметить, что переориентация джетов происходит на космологических масштабах времени, измеряемых миллионами лет. Тем не менее, эти изменения имеют глубокие последствия для эволюции галактических скоплений, регулируя процессы звездообразования и определяя судьбы целых галактик.

Взгляд в будущее: новые вопросы и перспективы

Исследование, проведенное Убертози и его коллегами, открывает новую страницу в изучении активности сверхмассивных черных дыр и их влияния на эволюцию галактических скоплений. Открытым остается вопрос о том, что именно вызывает переориентацию аккреционного диска: гравитационные взаимодействия с другими галактиками, слияние с другой черной дырой или, возможно, еще неизвестные нам процессы.

Для более глубокого понимания этого феномена необходимы дальнейшие наблюдения с еще большей чувствительностью и разрешением, а также разработка новых теоретических моделей, которые могли бы объяснить сложные процессы, происходящие вблизи сверхмассивных черных дыр. Только так мы сможем разгадать тайну танцующих джетов и раскрыть все секреты этих космических монстров.

В статье говорится о том, что переориентация джетов может быть связана с изменением ориентации аккреционного диска. Но ведь аккреционный диск сам по себе должен быть «привязан» к гравитации черной дыры. Как он может изменить свою ориентацию?

Существует несколько гипотез, объясняющих, как аккреционный диск может изменить свою ориентацию:

• Эффект Бардина-Петерсона: Эта теория предполагает, что если черная дыра вращается, то ее гравитация будет «тянуть» за собой внутренние области аккреционного диска, заставляя их выравниваться с ее осью вращения. Однако внешние области диска могут оставаться наклоненными, и со временем эта разница в ориентации может привести к переориентации всего диска.

• Слияние черных дыр: Когда две галактики сливаются, их центральные черные дыры также могут слиться. Если до слияния черные дыры имели аккреционные диски с разной ориентацией, то после слияния возникший диск может принять новую, неожиданную ориентацию.

• Падение вещества с нестабильными орбитами: Аккреционный диск не является статичным объектом, и на него постоянно падает новое вещество из межзвездной среды. Если это вещество имеет достаточный угловой момент и падает на диск под определенным углом, то оно может «раскачать» диск и изменить его ориентацию.

Если джеты меняют свою ориентацию на большие углы, то мы должны наблюдать множество «двойных» пузырей, расположенных под разными углами друг к другу. Но в статье говорится, что такие случаи встречаются не так уж часто. Как это объяснить?

Существует несколько причин, почему мы не видим «двойные» пузыри так часто, как можно было бы ожидать:

• Время жизни пузырей: Пузыри горячего газа, создаваемые джетами, не являются вечными. Со временем они рассеиваются и остывают, становясь невидимыми для наших телескопов. Поэтому мы можем наблюдать только те пузыри, которые были созданы относительно недавно.

• Направление джетов: Джеты могут быть направлены таким образом, что пузыри, создаваемые ими, будут видны нам только с одной стороны.

• Наложение пузырей: В некоторых случаях пузыри, созданные джетами в разные периоды активности, могут накладываться друг на друга, создавая сложную картину, которую трудно интерпретировать.