Туманное кольцо вокруг сверхмассивной черной дыры Млечного Пути

За десятилетия исследований астрономы разработали более четкую картину хаотического и многолюдного соседства, окружающего сверхмассивную черную дыру в центре Млечного пути. Наш галактический центр находится примерно в 26 000 световых лет от Земли, а сверхмассивная черная дыра Стрелец A* в 4 миллиона раз превышает массу нашего Солнца.

Теперь известно, что регион полон бродящих звезд, межзвездных пылевых облаков и большого резервуара как феноменально горячих, так и сравнительно холодных газов. Эти газы будут вращаться вокруг черной дыры в огромном аккреционном диске, который простирается на несколько десятых светового года от горизонта событий черной дыры.

До сих пор астрономы могли изобразить только незначительную, горячую часть этого потока аккрецирующего газа, который образует сферический поток и не показывает очевидного вращения. По оценкам, его температура составляет 10 миллионов градусов по Цельсию (18 миллионов градусов по Фаренгейту) или около 2/3 температуры в ядре Солнца. При этой температуре газ ярко светится в рентгеновском свете, что позволяет изучать его с помощью космических рентгеновских телескопов, вплоть до масштаба примерно 1/10 светового года от черной дыры.

В дополнение к этому горячему светящемуся газу, предыдущие наблюдения с помощью телескопов с миллиметровой длиной волны обнаружили огромный запас сравнительно более холодного газообразного водорода (около 10 тысяч градусов по Цельсию или 18 000 градусов по Фаренгейту) в нескольких световых годах от черной дыры. Вклад этого более холодного газа в аккреционный поток на черную дыру ранее был неизвестен.

Хотя наша черная дыра в галактическом центре относительно спокойная, излучение вокруг нее достаточно сильное, чтобы атомы водорода постоянно теряли и рекомбинировали свои электроны. Эта рекомбинация производит характерный сигнал миллиметровой длины волны, который способен достичь Земли с очень небольшими потерями на пути.

Обладая высокой чувствительностью и мощной способностью видеть мелкие детали, Атакамская большая [антенная] решётка миллиметрового диапазона (ALMA) смогла обнаружить этот слабый радиосигнал и создать первое в мире изображение более холодного газового диска всего лишь в сотой части светового года (или примерно в 1000 раз больше расстояния от Земли до Солнца) от сверхмассивной черной дыры. Эти наблюдения позволили астрономам как картографировать местоположение, так и отслеживать движение этого газа. Исследователи считают, что количество водорода в этом холодном диске составляет около 1/10 массы Юпитера или одной десятитысячной массы Солнца.

Путем картирования сдвигов в длинах волн радиосвета из-за эффекта Доплера (свет от объектов, движущихся к Земле, слегка смещается в «более голубую» часть спектра, в то время как свет от отдаляющихся объектов слегка смещается в «более красную» часть), астрономы могли четко видеть, что газ вращается вокруг черной дыры. Эта информация позволит по-новому взглянуть на то, как черные дыры поглощают материю, и на сложную взаимосвязь между черной дырой и ее галактическими окрестностями.

«Мы первыми отобразили этот неуловимый диск и изучили его вращение», сказала Елена Мурчикова из Института перспективных исследований в Принстоне, автор статьи. «Мы также прощупываем аккрецию черной дыры. Это важно, потому что это наша ближайшая сверхмассивная черная дыра. Несмотря на это, у нас все еще недостаточно понимания работы ее аккреции. Мы надеемся, что эти новые наблюдения ALMA помогут черной дыре раскрыть некоторых её секреты».

Результаты опубликованы в журнале Nature.