Незначительное слияние сверхмассивной черной дыра в самом разгаре

Окт 31, 2017 Леонид Гляделов

Галактика Messier 77 (M77) славится своим сверхактивным ядром, которое выделяет огромную энергию по электромагнитному спектру, от рентгеновского до радиоволн. Тем не менее, несмотря на его очень активное ядро, галактика выглядит как любая нормальная тихая спираль. Нет никакого визуального признака того, что заставляет его центральную область излучать так активно. Давно уже загадка, почему только центр M77 настолько активен. Астрономы подозревают, что произошло давнее событие, связанное с тонущей черной дырой, которая могла бы вывести ядро на высокую передачу.

Чтобы проверить свои идеи о том, почему центральная область M77 излучает огромное количество радиации, команда исследователей из Национальной астрономической обсерватории Японии и Японского открытого университета использовала телескоп Subaru для изучения M77. Беспрецедентный глубокий образ галактики раскрывает доказательства скрытого незначительного слияния миллиардов лет назад. Это открытие дает важные доказательства для незначительного происхождения слияния активных галактических ядер.

Тайна Сейфертовских галактик

Галактика Messier 77 (NGC 1068) известна тем, что укрывает в своем ядре активное ядро, которое выделяет огромное количество энергии. Существование таких активных галактик в соседней вселенной впервые было отмечено американским астрономом Карлом Сейфертом более 70 лет назад. В настоящее время их называют сейфертовскими галактиками. Астрономы считают, что источником такой сильной активности является гравитационная энергия, выделяемая из перегретой материи, падающей на сверхмассивную черную дыру (SMBH), которая находится в центре галактики-хозяина. Оцененная масса такого SMBH для M77 примерно в 10 миллионов раз больше, чем у Солнца.

Для создания таких сильных энергий требуется огромное количество газа, сбрасываемого в центральную черную дыру галактики. Это может показаться легкой задачей, но на самом деле это очень сложно. Газ в галактическом диске будет циркулировать все быстрее и быстрее, когда он вращается в непосредственной близости от SMBH. Затем в какой-то момент «центробежная сила» уравновешивается гравитационным притяжением SMBH. Это фактически предотвращает попадание газа в центр. Ситуация похожа на воду, вытекающую из ванны. Благодаря центробежной силе быстро вращающаяся вода не будет быстро вытекать. Итак, как можно удалить угловой момент из газа, циркулирующего вблизи активного галактического ядра? Нахождение ответа на этот вопрос является одной из серьезных проблем для исследователей сегодня.

Прогноз за 18 лет

В 1999 году профессор Йошиаки Танигучи (в настоящее время в открытом университете Японии), руководитель группы текущего исследования Subaru, опубликовал статью о механизме движения активного ядра сейфертовских галактик, таких как M 77. Он отметил, что прошлое событие - «незначительное слияние», в котором галактика-хозяин поглотила свою «спутниковую» галактику (небольшую галактику с малой массой, вращающуюся вокруг нее) - станет ключом к активации ядра Сейферта.

Обычно незначительное событие слияния просто разрушает спутниковую галактику с малой массой. Полученный мусор всасывается в диск более массивной галактики-хозяина, прежде чем он приближается к центру. Поэтому он не рассматривался как основной фактор ядерной деятельности. «Однако ситуация может быть совершенно иной, если спутник-галактика имеет (меньший) SMBH в своем центре, - говорит профессор Танигути, - потому что черная дыра никогда не может быть разбита. Если она существует, она должна в конечном итоге погрузиться в центр из хозяйской галактики».

Тонущий SMBH из спутниковой галактики в конечном итоге создаст помехи во вращающемся газовом диске вокруг SMBH большой галактики. Затем нарушенный газ в конце концов бросится в центральный SMBH, выпуская огромную гравитационную энергию. «Это должно быть основным механизмом воспламенения активных ядер сейферта», - утверждал Танигути. «Идея, естественно, может объяснить тайну о морфологии сейфертовских галактик», - сказал профессор Танигути, указывая на то, что модель нормальных галактик также очень активна в своих ядрах.

Исследование теории с помощью телескопа Subaru

Недавние достижения в методике наблюдений позволяют обнаруживать крайне слабую структуру вокруг галактик, таких как петли или обломки, которые, вероятно, совершаются динамическими взаимодействиями со спутниковыми галактиками. Внешние части галактик часто считаются относительно «тихими» с более длинными динамическими временные рамки, чем где-либо внутри. Моделирование показывает, что слабая подпись прошедшего незначительного слияния может продолжаться несколько миллиардов лет после события.
«Такая подпись может быть ключевым испытанием для нашей незначительной гипотезы слияния для сейфертовских галактик. Теперь пришло время пересмотреть M77», - сказал Танигучи.

Выбор команды для поиска «прошлого случая» был, конечно же, телескоп Subaru с его мощной камерой обработки изображений Hyper Suprime-Cam. Предложение по наблюдению было принято и исполнено в рождественскую ночь 2016 года. «Данные были просто потрясающими», - сказал д-р Ичи Танака, главный исследователь проекта. «К счастью, мы могли также извлечь другие данные, которые были сделаны в прошлом, и только что были выпущены из архива данных Subaru Telescope. Таким образом, объединенные данные, которые мы получили, наконец, беспрецедентно глубоки».

На рисунке 2 показан результат. Команда выявила несколько заметных признаков вне яркого диска, как показано на рисунке 1, большинство из которых не были известны до наблюдения. На западе есть небольшая внешняя одноручная структура за пределами диска. Противоположная часть диска имеет волнистую структуру, которая явно отличается от спирального рисунка. Обнаруженные сигнатуры поразительно совпадают с результатом моделирования слияния с небольшим слиянием, опубликованным другими исследовательскими группами. Более того, наблюдательная группа обнаружила три чрезвычайно рассеянные и большие благие структуры дальше за пределами диска. Интригующе кажется, что два из этих диффузных капель фактически представляют собой гигантскую петлю вокруг M77 с диаметром 250 000 световых лет. Эти структуры являются убедительным доказательством того, что M77 поглотила спутниковую галактику, по крайней мере, несколько миллиардов лет назад.

Большая мощность сбора фотонов Subaru и превосходная производительность Hyper Suprime-Cam сыграли решающую роль в обнаружении крайне слабых структур в M77. Их открытие показывает скрытое насильственное прошлое нормальной жизни галактики ... «Хотя люди иногда могут лгать, галактики никогда этого не делают. Важно, чтобы слушать их маленькие голоса, чтобы понять галактики, - сказал профессор Танигути.

.....

Команда расширит свое исследование до большего количества сейфертовских галактик с помощью телескопа Subaru. Д-р Масафуми Яги, который возглавляет следующий этап проекта, сказал: «Мы откроем все больше свидетельств о слиянии спутников вокруг галактик-хозяев Сейферта. Мы ожидаем, что проект может стать важной частью для унифицированного изображения для запускающего механизма активных галактических ядер».