«Луч смерти» продырявил галактику

Реальный «супер-лазер» астрономы называют струёй, или «джетом» – это поток заряженных частиц, выбрасываемых с огромной скоростью из окрестностей сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики 3C 321 A. Обнаруженный почти полвека назад очень мощный космический источник радиоволн на границе созвездий Змеи и Северной Короны, включённый в третий кембриджский (3C) каталог радиообъектов под номером 321, оказался двойной галактикой, в центре каждой из которых находится по сверхмассивной чёрной дыре.

Чёрные дыры массой в миллионы и миллиарды масс Солнца встречаются в центрах большинства, если не всех, галактик. Например, масса чёрной дыры в центре нашей Галактики – Млечного пути – составляет около 3,6 миллиона солнечных. Однако далеко не каждая из них образует джет. Как вещество падает на чёрную дыру, астрономы разобрались ещё в начале 1970-х годов – Николай Шакура и Рашид Сюняев показали, что газ начинает закручиваться в тонкий диск. Понятно, что именно энергия падения газа (аккреции) должна идти и на разгон частиц в джете – другого источника энергии просто нет. Вероятно, в коллимации струи должны участвовать магнитные поля, однако как именно это происходит, астрономы до сих пор не знают.

Одно известно точно: частицы в таких струях – в основном, электроны – разгоняются почти до скорости света, и, сталкиваясь с веществом, встречающимся на их пути, рождают кванты жёсткой космической радиации – рентгеновские и гамма-лучи.

Кроме того, те же самые электроны светятся в радиодиапазоне, закручиваясь вокруг линий магнитного поля, присутствующего в космическом пространстве. Именно это свечение и позволяет обнаружить джеты с помощью радиотелескопа. В случае с 3C 321A джет оказался рваным и изогнутым, а там, где он врезается в галактику-соседку, в нём видно так называемое горячее пятно.

Чтобы рассмотреть происходящее, астрономы воспользовались целой батареей различных телескопов – как космических, так и наземных. В рентгеновском диапазоне за двойной галактикой следила космическая обсерватория Chandra, в ультрафиолетовом и оптическом – космический телескоп имени Хаббла, в инфракрасном – инструменты космического телескопа имени Спитцера. С поверхности Земли им помогали радиоинтерферометры VLA в американском штате Нью-Мексико и MERLIN в Великобритании.

На составном изображении, опубликованном NASA, рентгеновское свечение показано фиолетовым цветом, ультрафиолетовое и оптическое – оранжевым и красным, а радио – синим. Как видно, обе галактики хорошо видны в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазонах – это свечение звёзд и окружающих их пыли и газа – и в рентгене – это светится горячий газ, нагретый процессами вблизи чёрных дыр в их центрах.

Однако от той из них, что находится в левом нижнем углу, вправо и наверх уходит синий радиоджет. Вторая галактика оказалась на пути этой струи, оборвав поток на значительное время. Видно, что джет продолжается и дальше, далеко за второй галактикой, а значит, препятствие появилось на пути совсем недавно по космическим меркам. Несложно установить, когда именно это случилось. Скорость распространения вещества в джете не очень сильно отличается от световой, так что, зная расстояние, на которое джет успел продвинуться, и угол, под которым мы видим систему, можно оценить, когда он был испущен. По словам Дэна Эванса из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра, руководившего исследованием, разрыв появился меньше миллиона лет назад, что по космическим масштабам совсем недавно.

Самое интересное на изображении – горячее пятно поперечником примерно в тысячу световых лет на краю второй галактики. Именно здесь кинетическая энергия частиц струи превращается в жёсткую космическую радиацию.

Сравнение джета с лучом «звезды смерти» отнюдь не случайно: любая похожая на Землю планета, оказавшаяся на его пути, быстро лишится защитного озонового слоя, и жёсткая космическая радиация начнёт испепелять поверхность этого мира и всё живое, что могло на ней появиться.

Впрочем, подземной жизни, если таковая на планете есть, бояться нечего: гамма-лучи очень быстро поглощаются в твёрдом веществе, успокаивает Нил Тайсон из Планетария нью-йоркского музея естественной истории, которого эксперты также позвали на пресс-конференцию.

Более того, в удалённой перспективе «луч смерти» может оказать даже положительное влияние на появление жизни, объясняет Мартин Хардкасл из британского Хартфордширского университета – другой автор работы, которая будет опубликована в The Astrophysical Journal. Дело в том, что давление со стороны этой струи помогает сжимать облака межзвёздного газа, из которых в дальнейшем рождаются звёзды и планеты, – это так называемое стимулированное звёздообразование. Не исключено, что на некоторых из них позднее может образоваться жизнь.

Так или иначе, сейчас горячее пятно находится на границе галактики. К сожалению, характер движения этих галактик друг вокруг друга в точности неизвестен, поэтому пока не ясно, переместится ли пятно к её центру или скользнёт по краю, подобно солнечному зайчику, пробегающему по далёкой стене. В любом случае, процесс стимулированного звёздообразования часто оказывается самоподдерживающимся. Среди множества рождающихся звёзд найдутся и очень массивные, которые всего через несколько миллионов лет взорвутся, как сверхновые. Ударные волны от этих взрывов всколыхнут новые области, запустив процесс рождения звёзд в не затронутом джетом газе. Со временем процесс рождения звёзд может охватить таким образом значительные области галактики.

В любом случае, астрономам впервые удалось обнаружить прямое влияние джета одной галактики на другую, причём расположенную довольно близко к источнику струи. Расстояние между центрами пары 3C321 – около 20 тысяч световых лет, что даже немногим меньше расстояния от Земли до центра нашей Галактики. Возможно, изучение этой системы поможет разобраться и в механизме ускорения частиц в галактическом джете – впервые в истории астрономии мы видим, как составляющие его частицы врезаются в далёкий газ. Не исключено, считают авторы, что джет мог так же превратить «спящую» чёрную дыру галактики, на которой сейчас заметно горячее пятно, во вполне активную, нарушив покой системы своим могучим давлением.