Неправильное направление. Астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру, аккреционный диск которой выглядит чрезвычайно необычно. И необычность его заключается в том, что часть быстро вращающегося газа движется не в ту сторону — в направлении, противоположном дыре и всей ее галактике-хозяйке. Как возникло это газовое кольцо-противоход, пока совершенно неясно. Однако уже сейчас понятно, что эта необычная конфигурация не стабильна во времени — в конце концов она рухнет.
Центральная черная дыра галактики NGC 1068 имеет два вращающихся в противоположных направлениях газовых кольца, как это видно на снимке, сделанном комплексом телескопов ALMA. Как это ни странно, внешнее кольцо вращается «не туда». © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
В центре большинства галактик располагается сверхмассивная черная дыра, в том числе и в самом сердце нашего Млечного Пути. Эти гравитационные гиганты окружены кольцом быстро движущихся газов — иногда прямо за горизонтом событий, иногда дальше. Как правило, вся материя в этом аккреционном диске движется вокруг черной дыры в одном направлении — по крайней мере, так считалось до сих пор.
Внешняя часть материи аккреционного диска вращается неправильно
И вот астрономы группы Виолетты Импеллиззери из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая не вписывается в привычную картину. В ходе своего исследования они изучили активное ядро далекой спиральной галактики NGC 1068, расположенной на расстоянии около 47 миллионов световых лет, с помощью телескопов комплекса Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) в Чили. Черная дыра в центре этой галактики активна и окружена кольцом быстрого газа.
И вот что интересно: снимки ALMA показывают два газовых кольца, вращающихся вокруг этой черной дыры в противоположных направлениях. Внутреннее кольцо имеет ширину от двух до четырех световых лет и вращается в том же направлении, что и вся галактика. Но вот внешнее кольцо шириной от четырех до 22 световых лет, вращается вокруг черной дыры «неправильно» — против направления вращения галактики.
Газовое облако или карликовая галактика как фактор воздействия?
«Мы этого никак не ожидали, поскольку газ, попадающий в черную дыру, обычно должен вращаться только в одном направлении», — объясняет Импеллиззери. — «Должно быть, что-то нарушило этот поток, так как иначе совершенно невозможно, чтобы такая часть диска ни с того ни с сего вдруг стала вращаться задом наперед». До сих пор такие противовращения были известны только на примерах внешних областей некоторых галактик. «Они почти всегда возникают в результате столкновения или взаимодействия между двумя галактиками», — объясняет соавтор исследования Джек Галлимор из Университета Бакнелла.
Необычное открытие было сделано в самом сердце галактики NGC 1068 (Мессье 77). © ESO /CC-by-sa 4.0
Но какая может быть эффективная помеха в случае черной дыры? Астрономы предполагают, что внешнее газовое кольцо, которое вращается в неправильном направлении, возникло из вещества, которое было притянуто к черной дыре лишь в последнюю очередь. «Это может быть газовое облако из этой же галактики или захваченная карликовая галактика», — считают Импеллиззери и ее команда. Концентрированный приток этого материала привел к тому, что этот газ сохраняет свое обратное вращение — пока что.
Коллапс неизбежен
Правда, как объясняют астрономы, эта необычная дихотомия газового диска не будет оставаться стабильной всегда. Дело в том, что гравитация черной дыры со временем будет все сильнее притягивать внутрь материал наружного кольца, вращающегося в противоположную сторону. «Это может произойти и через несколько оборотов, и через несколько сотен тысяч лет», — говорит Галлимор. — «И тогда газовые потоки столкнутся и станут нестабильными, а весь диск может разрушиться в результате вспышки излучения и поглотиться черной дырой». Но до тех пор, пока это не произойдет, могут пройти еще десятки тысяч лет.
Но уже сейчас эти два газовых кольца и их возможный коллапс дают астрономам ценные подсказки для понимания другого космического явления: необычайно быстрого роста некоторых сверхмассивных черных дыр. Как считают исследователи, объяснение может заключаться именно в этом процессе — коллапсе двух противоположно вращающихся газовых колец.
«Потоки встречного газа нестабильны, и это означает, что их вещество падает в черную дыру быстрее, чем диск материи с одним направлением вращения», — объясняет Импеллиззери. Это дает черной дыре больше «корма», и она может расти быстрее.
