Как считают члены исследовательской группы из Кембриджского университета, «погода» в галактических скоплениях может объяснить давнюю астрономическую загадку. Ученые использовали методику современного моделирования, чтобы показать, как мощные струи сверхмассивных черных дыр разрушаются движением горячего газа и галактик. Этот процесс предотвращает охлаждение газа, который в ином случае мог бы являться сырьем для образования новых звезд. Исследователи опубликовали результаты своей работы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Художественное представление струи сверхмассивной черной дыры, взаимодействующей с погодой кластера. © Institute of Astronomy, University of Cambridge / CC BY 4.0
Типичные галактические скопления состоят из нескольких тысяч галактик, которые могут сильно и даже кардинально отличаться от нашей галактики Млечного Пути, в том числе и по размерам, и по форме Эти системы как бы встроены в очень горячий газ, который называется внутрикластерной средой. И все это находится в невидимом нам ореоле так называемой темной материи.
Большое количество галактик имеет в своих центрах сверхмассивные черные дыры, и они часто испускают высокоскоростные струи материи, которые растягиваются на тысячи световых лет. И эти струи могут создавать во внутрикластерной среде очень горячие пузыри.
Исследователи из Института космологии им. Кавли и Института астрономии осуществили компьютерное моделирование, детализирующее пузыри от таких струй и возникающее в результате рентгеновское излучение. Модель демонстрирует рождение и космологическую эволюцию галактического скопления, позволяя ученым так реалистично, как никогда ранее, исследовать, как образующиеся в скоплениях струи и пузыри взаимодействуют с динамической внутрикластерной средой.
Они обнаружили, что кажущиеся рентгеновские наблюдения моделируемого скопления галактик выявили так называемые рентгеновские пустоты и яркие рентгеновские края струй, генерируемые сверхмассивной черной дырой. И эти наблюдения модели удивительно похожи на наблюдения реальных скоплений галактик.
Возглавляет команду астрономов и астрофизиков доктор Мартин Борн из Института астрономии в Кембридже. «Мы разработали новые вычислительные методы, в которых используются новейшие мощные компьютерные технологии, позволяющие впервые моделировать пузыри струи в более чем миллионе элементов в полностью реалистичных галактических скоплениях. Это позволяет нам наблюдать физические процессы, управляющие выделением энергии струи, словно под микроскопом», — сказал он.
Моделирование показывает, что галактики создают своего рода «погоду», когда они движутся внутри галактического скопления. Это деформирует и разрушает пузыри горячего газа, находящиеся на концах струй. Пузыри струи чрезвычайно энергонасыщенны, и в случае их разрушения они выделяют во внутрикластерную среду огромное количество энергии.
Исследователи Кембриджского университета выдвинули предположение, что этот механизм возмущений, связанных с погодой в кластере, может решить одну давнюю проблему: помочь понять, почему газ внутрикластерной среды не охлаждается, а образует в центре скопления галактики новые звезды. Эта так называемая загадка "охлаждающего потока" уже более 25 лет является настоящей головной болью астрофизиков.
И предложенное моделирование дает новое привлекательное объяснение, которое может помочь решить эту научную проблему. «Сочетание высоких энергий, накачиваемых в пузыри струй сверхмассивной черной дырой и способность кластерной погоды разбивать пузыри и перераспределять эту энергию внутри внутрикластерной среды обеспечивает простой, но элегантный механизм. чтобы решить проблему потока охлаждения ", — говорит Борн.
В течение следующих десяти лет на орбиту будет запущена целая серия высокопродуктивных рентгеновских телескопов следующего поколения. Эти передовые инструменты должны помочь завершить дискуссию и определить, действительно ли межгалактическая погода тормозит образование звезд.
