Одна из причин, по которой трудно изучать взаимодействие между черными дырами и звездами, заключается в том, что астрономам трудно по-настоящему наблюдать эти взаимодействия. Новое исследование проливает свет на эту загадку. «Хайтек» рассказывает главное.
Студентка бакалавриата Массачусетского университета в Амхерсте (UMA) провела исследование роста звезд и черных дыр. В ходе работы она предоставила данные о том, как они связаны и влияют на эволюцию галактик. Новая информация позволит космическому телескопу «Джеймс Уэбб» (JWST) более эффективно изучать их.
Как растут галактики?
Астрономы знают, что эволюция галактик обусловлена двумя процессами: ростом сверхмассивных черных дыр в центре каждой из них и образованием новых звезд. Но как связаны эти процессы, оставалось загадкой, и это один из вопросов, которые будет изучать недавно запущенный космический телескоп «Джеймс Уэбб». Работа Мередит Стоун, которая окончила астрономическую программу UMass Amherst в мае 2022 года, поможет ученым лучше понять, как они связаны.
«Мы знаем, что галактики растут, сталкиваются и меняются на протяжении всей своей жизни», — говорит Стоун, которая завершила исследование под руководством Александры Поуп, профессора астрономии UMA и старшего автора новой статьи, недавно опубликованной в Astrophysical Journal. — И мы знаем, что рост черных дыр и звездообразование играют решающую роль. Общеизвестно, что эти два фактора связаны и что влияют друг друга. Но до сих пор было трудно понять, как именно».
В чем проблема?
Одна из причин, по которой трудно изучать взаимодействие между черными дырами и звездами, заключается в том, что астрономам трудно по-настоящему наблюдать эти взаимодействия. Проблема в том, что все важные процессы скрыты за огромными облаками космической пыли. Так, в галактиках, которые активно формируют звезды, более 90% видимого света может поглощаться ею.
Однако есть обходной путь: когда пыль поглощает видимый свет, она нагревается. И, хотя невооруженный человеческий глаз не может видеть тепло, инфракрасным телескопам это под силу. В рамках нового исследования ученые использовали космический телескоп «Спитцер», собранный во время кампании Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS). Цель — изучить средне-инфракрасный диапазон длин волн некоторых из самых ярких галактик, которые находятся относительно близко к Земле. В частности, астрономы искали особые контрольные индикаторы, которые являются «отпечатками пальцев» черных дыр и звезд в разгар формирования.
Есть решение
Проблема еще и в том, что эти следы очень слабые, и их почти невозможно отличить от общего шума инфракрасного спектра. В рамках нового исследования Мередит Стоун откалибровала измерения этих индикаторов, чтобы они были более четкими.
Как только астрономы получили данные более четких наблюдений, они увидели, что на самом деле рост черных дыр и звездообразование происходят одновременно в одних и тех же галактиках, и, похоже, они действительно влияют друг на друга.
Ученые даже вычислили соотношение, которое описывает, как связаны эти два явления. Так, астрономы обнаружили яркие эмиссионные линии [Ne ii] и [Ne iii], которые «отвечают» за звездообразование, и более слабые эмиссионные линии [Ne v] и [O iv] от активных ядер галактик (АЯГ) по всему спектру. Оказалось, что светимость Ne ii довольно постоянна во всех ячейках фракции АЯГ, в то время как светимость [O iv] и [Ne v] увеличивается более чем на порядок.
Также ученые обнаружили, что использование светимости [O iv] без поправки на звездообразование может привести к завышению скорости аккреции черных дыр (BHAR,black hole accretion rates) до 30 раз в светящихся инфракрасных галактиках (LIRG, luminous infrared galaxies) с преобладанием звездных вспышек. Отношение скорости BHAR к звездообразованию увеличивается более чем на три порядка в зависимости от доли АЯГ в среднем инфракрасном диапазоне LIRG-галактик.
Почему это важно?
Это не только само по себе захватывающее научное достижение. Результаты нового исследования помогут использовать JWST с его беспрецедентным доступом к свету среднего ИК-спектра и для более тщательного изучения формирования галактик. Ведь, хотя ученые и подсчитали, как черные дыры и звезды связаны в одной галактике, почему это происходит, остается загадкой.
Читать далее:
Физики нашли универсальные «часы» в космосе: они точнее атомных
Археологи нашли рисунки жутких людей с огромными головами: кем они были
Телескоп «Джеймс Уэбб» сделал первый снимок Юпитера: на нем сразу 9 двигающихся целей