Джеты чёрных дыр «подсвечивают» газ за пределами галактик

Астрофизики обнаружили, что струи плазмы, выбрасываемые сверхмассивными чёрными дырами, способны разогревать и ионизировать газ далеко за пределами видимых границ галактик. Это открытие помогает объяснить, почему галактики не превращаются в гигантские фабрики звёзд.

Международная группа исследователей под руководством Санчаееты Бортхакур из Университета штата Аризона и Намраты Рой из Института Рамана опубликовала результаты в Astrophysical Journal Letters. Учёные проанализировали данные оптического обзора DESI и радионаблюдения LOFAR, чтобы проследить, как активные ядра галактик влияют на окружающую их газовую оболочку — циркумгалактическую среду (CGM).

CGM — это огромный резервуар газа, который простирается на расстояние, в 10–20 раз превышающее видимый диск галактики. Именно из этого газа в конечном счёте формируются новые звёзды. Однако до сих пор оставалось неясным, почему при таком обилии строительного материала галактики не производят значительно больше звёзд. Ответ, вероятно, кроется в активности сверхмассивных чёрных дыр.

Когда чёрная дыра активно поглощает вещество, она выбрасывает узкие потоки горячей плазмы — джеты. Эти струи движутся со скоростью, близкой к скорости света, и простираются далеко за пределы галактического диска. Исследователи искали специфический сигнал — слабое Hα-излучение ионизированного водорода, которое возникает при взаимодействии джетов с холодным газом CGM.

Сигнал оказался настолько слабым, что его невозможно уловить от отдельной галактики. Поэтому астрономы применили метод стеккинга: они объединили спектры сотен галактик с активными джетами, учитывая ориентацию каждой струи относительно луча зрения. Такой подход позволил выделить общий слабый сигнал на фоне шума.

Результат превзошёл ожидания. Вдоль оси джетов (в пределах угла 20°) был зафиксирован устойчивый избыток Hα-излучения с достоверностью выше 5σ. В то же время усреднение по всем направлениям вокруг галактик не дало значимого сигнала. Это означает, что газ «светится» не равномерно, а преимущественно вдоль пути распространения струи.

Более того, излучение оказалось радиально структурированным. Наибольшая яркость наблюдается вблизи галактики, сразу за пределами её оптического радиуса, а также в области projected радиолепестков — там, где джет взаимодействует с внешними слоями CGM. Интенсивность свечения в этих зонах примерно в 100 раз превышает типичные значения для нормальных галактических гало.

Любопытно, что абсорбционные линии магния (Mg II) в тех же лучах зрения не показали различий между направлениями вдоль джета и в стороне от него. Это указывает на то, что магний отслеживает общий, относительно однородный резервуар холодного газа, тогда как Hα-излучение фиксирует локальные облака с аномально высокой плотностью или степенью ионизации.

Полученные данные — прямое доказательство того, что джеты активно взаимодействуют с CGM, нагревая и перемешивая газ. Этот процесс может замедлять охлаждение и последующее звездообразование, влияя на эволюцию всей галактики. В будущем исследователи планируют расширить выборку и изучить, как подобные механизмы работают в галактиках разных типов и на разных космологических эпохах.