ALMA: астрономы находят ключ к росту гигантских черных дыр в вихревых магнитных полях

Долгое время считалось, что черные дыры притягивают все вокруг себя. Однако, мощные магнитные поля могут отталкивать заряженные частицы из аккреционного диска черной дыры, ускоряя их движение наружу. Это объясняет, почему часть материи, попадающая в черные дыры, выбрасывается обратно.

До недавнего времени считалось, что этот материал выбрасывается либо через узконаправленные магнитные струи, либо под воздействием излучения, исходящего от горячего диска вокруг черной дыры. Это создавало парадокс: если ближайшее окружение черных дыр эффективно удаляет материю, как они накапливают достаточно вещества для своего роста до гигантских размеров?

Недавно были сделаны наблюдения активной галактики ESO320-G030, расположенной в 120 миллионах световых лет от нас, которые могут дать ответ на этот вопрос. Исследователи обнаружили вихрь магнитного поля, вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры в этой далекой галактике, создавая условия для ее интенсивного питания.

С помощью комплекса радиотелескопов ALMA в Чили астрономы под руководством Марка Горски из Северо-Западного университета США обнаружили цианистый водород, выносимый магнитогидродинамическими потоками — другими словами, магнитными ветрами. Цианистый водород сам по себе не имеет особого значения, но его наличие служит индикатором присутствия молекулярного газа в системе, который можно обнаружить с помощью ALMA.

ALMA удалось зафиксировать эффект Доплера в субмиллиметровом радиоизлучении от цианистого водорода, что позволило команде Горски отследить движение газа. Было установлено, что газ перемещается под воздействием вращающегося магнитного ветра, а не типичных радиальных выбросов, ожидаемых от активных черных дыр. Это сильно влияет на процесс питания черной дыры.

При приближении газа и пыли к черной дыре они сначала формируют вращающийся аккреционный диск, переплетенный с магнитными полями, которые становятся сильнее по мере накручивания. Обычно эти поля поднимают заряженные частицы из диска и отталкивают их в виде фокусированных струй. Диск также сильно нагревается, излучая миллионы градусов, что также отталкивает материю от черной дыры.

Однако вращающиеся магнитные ветры действуют иначе. Они образуют спиралевидную структуру, исходящую из центра галактики. Эти ветры отбирают часть углового момента у аккреционного диска, замедляя его вращение. В результате гравитация черной дыры начинает притягивать больше материи через горизонт событий, позволяя черной дыре расти быстрее.

Этот механизм может объяснить, как активные галактические ядра (AGN), представляющие собой сверхмассивные черные дыры в состоянии активного поглощения материи, включаются и превращают галактику в квазар в наиболее экстремальных случаях.

Следующим шагом исследователей будет выяснение, насколько распространено это явление и проходит ли через него каждая галактика с сверхмассивной черной дырой. Вопросов по-прежнему остается много, но новое открытие дает важные ключи к пониманию процесса роста черных дыр.