Ветер от черной дыры: что науке известно про сверхмассивного Стрельца A* в центре Млечного Пути

Что происходит с черной дырой в центре Млечного Пути

В центре Млечного Пути — галактики, в которой находится Земля и остальные планеты Солнечной системы, — расположена сверхмассивная черная дыра Стрелец A* (Sagittarius A*). Уже более 50 лет она озадачивает научное сообщество. Законы физики гласят, что, как и все черные дыры, Стрелец A* должен не только поглощать материю, но и «выбрасывать» вещество наружу — в виде потоков горячего газа (ветер) или джетов (так называют струи заряженных частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света). Но центральная черная дыра Млечного Пути была странно тихой: несмотря на десятилетия поисков, ученые не могли обнаружить даже признаки ветра. 

Теперь, после 5 лет наблюдений, исследователи из Северо-Западного университета США совершили открытие. С помощью комплекса самых чувствительных радиотелескопов в мире ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакама, они создали подробную карту холодного газа вокруг Стрельца A*, а затем очистили изображение от помех. Так ученые обнаружили конусообразную полость длиной около 3 световых лет и шириной 45 градусов, ведущую к самой черной дыре. Ее сформировал горячий ветер, исходящий от Стрельца А* и увлекающий за собой холодный газ, говорится в научной работе.

Ветер из черной дыры действует как фен для волос. Он вдувает горячий турбулентный воздух в более холодный и плотный материал, такой как ваши мокрые волосы. Ветер теплый и достаточно сильный, чтобы нагреть и сдуть воду с ваших мокрых волос, а также немного пошевелить мокрыми волосами, но недостаточно сильный, чтобы полностью сдуть волосы с вашей головы. Аналогичным образом горячий газ, уносимый ветром из черной дыры, оставил четкий след, увлекая за собой холодный газ. 

Марк Горски
научный сотрудник Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс) 

Авторы работы называют две основные причины, по которым на открытие этого ветра ушло более полувека. Во-первых, приборы только сейчас стали достаточно совершенными, чтобы «видеть» сквозь газ и пыль между Землей и центром галактики. Во-вторых, у Стрельца А* сейчас период затишья (для сверхмассивных черных дыр характерно чередование активности и затишья), поэтому ветер было трудно обнаружить — он просто слабый.

Стрелец A* — самая близкая к нам и лучше всего изученная черная дыра. Это единственная черная дыра, которую мы можем рассмотреть и увидеть всю физику вокруг нее. И раньше мы думали, что у нее нет ветра: все черные дыры во Вселенной ведут себя одинаково, но ближайшая к нам — по-другому. Это было огромной проблемой. Наш результат, по сути, говорит о том, что физика всех черных дыр работает так, как мы ожидали. Мы просто никогда прежде не видели слабого ветра из черной дыры. 

Лена Мурчикова
доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного университета

Независимые исследователи называют работу «довольно убедительным доказательством» наличия ветра в сверхмассивной черной дыре. 

Что мы знаем о сверхмассивной черной дыре Стрелец А*

В 1970-х астрономы впервые высказали гипотезу о том, что в центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра. Вопрос о ее происхождении до сих пор остается открытым. Зато ученые выяснили, что Стрелец А* находится на расстоянии около 27 тыс. световых лет от Земли. Диаметр этой черной дыры примерно в 17 раз больше диаметра Солнца. А масса Стрельца А* — около 4 млн масс Солнца. 

В 2022 году астрономы получили первое изображение центральной черной дыры Млечного Пути. Для этого потребовалось объединить усилия более 300 исследователей из 80 научных центров и десяток радиообсерваторий — от Испании до Антарктиды. На протяжении 5 лет они работали как один большой радиотелескоп. Дело в том, что структура кольца вокруг Стрельца А* может полностью измениться даже за один час. Поэтому ученые сделали множество изображений и собрали из этих фрагментов усредненный вариант. На нем видно яркое кольцо с черным пятном в середине. Это тень — область, не испускающая ни радиоволн, ни света, никаких других излучений. 

Еще одно исследование, проведенное с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» в 2023–2024 годах, показало: аккреционный диск Стрельца А* — структура из раскаленного газа, вращающаяся вокруг черной дыры, — беспрерывно испускает «фейерверки» различной яркости и длительности. Это были как тусклые мерцания, занимающие несколько секунд, так и яркие извержения. 

Так ведут себя все сверхмассивные черные дыры, но наша уникальна. Она всегда проявляет активность и никогда не достигает устойчивого состояния. Мы наблюдали ее несколько раз в течение 2023 и 2024 годов и всегда видели изменения. Она никогда не оставалась прежней. 

Фархад Юсеф-Заде
профессор астрономии из Северо-Западного университета

Что известно о других сверхмассивных черных дырах

Ученые сходятся во мнении, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) находятся в центрах подавляющего большинства галактик размером с Млечный Путь и больше. А вот в небольших звездных системах они часто отсутствуют: недавнее исследование показало, что только 30% карликовых галактик могут похвастаться собственными сверхмассивными черными дырами. 

Для астрономов Стрелец А* — возможность наблюдать за СМЧД с максимально близкого расстояния: все остальные черные дыры таких масштабов находятся сильно дальше. Например, одна из самых массивных находится в центре галактики M87 (Мессье 87) — в 55 млн световых лет от Земли. Ее масса в 6,5 млрд больше массы Солнца. Она окружена аккреционным диском и испускает джеты. 

СМЧД изучены недостаточно из-за их удаленности и препятствий на пути вроде плотных облаков космической пыли и газа. Но современные телескопы постепенно совершают прорывы. Например, «Джеймс Уэбб» в 2025 году обнаружил галактику с тремя активными ядрами, содержащими сверхмассивные черные дыры. Ученые предполагают, что подобные системы с несколькими СМЧД могли быть распространенным явлением в ранней Вселенной. 

Фото обложки: NASA