Астрономы, возможно, наконец-то раскрыли космическое холодное дело: почему в самых больших галактиках Вселенной так мало звезд. Новые данные рентгеновской миссии XRISM указывают на то, что виновниками являются сверхмассивные черные дыры, которые сдувают газ, необходимый для формирования звезд.

Современные модели предсказывают, что самые массивные галактики должны быть переполнены звездной массой, но наблюдения показывают значительный дефицит. Докторант Мичиганского университета Синь «Синди» Сян использовала данные XRISM для изучения одного из ведущих объяснений и нашла доказательства, прямо указывающие на черные дыры.

Большинство людей знают черные дыры как объекты, гравитация которых настолько сильна, что даже свет не может покинуть их. Однако черные дыры также могут создавать чрезвычайно яркие области вокруг себя. Когда газ и пыль закручиваются внутрь, они образуют аккреционный диск, излучающий огромное количество энергии, включая мощные рентгеновские лучи.

Аккреционные диски — одни из самых энергичных сред во Вселенной. Материя, падающая к черной дыре, нагревается гравитацией и трением, пока не превращается в интенсивно горячую плазму. В то же время диск может запускать мощные потоки вещества.

Эти ветры могут быть достаточно сильными, чтобы выдувать газ из галактики. Поскольку газ является сырьем для создания новых звезд, такие потоки могут значительно снизить будущее звездообразование.

Данные XRISM подтверждают эту возможность. Миссией руководит Японское агентство аэрокосмических исследований в партнерстве с NASA и Европейским космическим агентством.

«Раньше, без XRISM, мы могли видеть только общие черты потоков», — сказала Сян. «Но нужно уметь различать тонкие детали, чтобы ответить на важные вопросы. Какова их структура и геометрия? Как запускаются ветры и когда они запускаются?»

Запущенный в 2023 году, XRISM начал научные наблюдения осенью 2024 года. Его энергетическое разрешение примерно в 10 раз лучше, чем у предшественника, что позволяет астрономам изучать окружение черных дыр гораздо более детально.

Сян и ее коллеги сосредоточились на NGC 4151, яркой галактике, расположенной чуть более чем в 50 миллионах световых лет от Земли. В ее центре находится активное галактическое ядро (АГЯ), где сверхмассивная черная дыра активно поглощает вещество и генерирует светящийся аккреционный диск. Это делает NGC 4151 идеальной лабораторией для изучения потоков, вызванных черными дырами.

«С XRISM мы имеем наилучшее разрешение для наблюдения самых ярких АГЯ и получаем самую богатую информацию о потоках, которую мы когда-либо наблюдали для аккреционного диска», — сказала Сян.

Работая вместе с профессором астрономии Мичиганского университета Джоном Миллером, Сян ранее показала, что ветры от аккреционного диска NGC 4151 могут достигать скоростей, достаточных для выброса вещества из системы. Она также определила вероятный механизм, движущий эти потоки — магнитоцентробежное ускорение, подобное тому, что вызывает солнечные вспышки.

На 248-м собрании Американского астрономического общества в Пасадине, Калифорния, Сян представила новый метод определения того, когда мощные ветры NGC 4151 активны. Этот подход может помочь исследователям идентифицировать подобные потоки в других галактиках и улучшить понимание АГЯ во всей Вселенной.

Поскольку ветры АГЯ могут резко меняться со временем, Сян нужен был способ определить, когда происходят самые быстрые и сильные потоки. Для этого она проанализировала сотни дней наблюдений XRISM за NGC 4151.

Ее работа была сосредоточена на периодах, когда рентгеновское излучение галактики усиливалось вспышками, и на том, как рентгеновский сигнал эволюционировал в последующие часы.

Помимо измерения яркости, Сян изучала, были ли обнаруженные рентгеновские лучи относительно жесткими или мягкими — свойство, сравнимое с цветом в видимом свете. Она объединила эти измерения в новый показатель, названный индексом цветовой интенсивности. Миллер предложил сократить название до «синдкости».

«Отчасти потому, что меня зовут Синди», — сказала Сян. «Но идея в том, что в будущем вы сможете сказать мне синдкость вашего источника в...»