Как в пузырях газа распознать столкновение галактик

Главная проблема астрономов в том, что на объекты их интереса можно только смотреть, ни пощупать, ни провести с ними эксперименты невозможно. В полной мере это относится и к другим галактикам, которые мы видим лишь со стороны. Но бывают случаи, когда результатам астрономических наблюдений могут позавидовать археологи — часто ли им удается увидеть следы событий, которые происходили сотни миллионов лет назад? Астроном Алексей Моисеев из Специальной астрофизической обсерватории РАН рассказывает, как он и его коллеги с помощью телескопа БТА смогли заглянуть в далекое прошлое квазара Тикап (Teacup, то есть «чайная чашка») — одного из ближайших к нашей Галактике.

Несмотря на относительную близость (всего 1,1 миллиарда световых лет, большинство известных галактик со столь мощными по энергетике ядрами находятся сильно дальше), квазар SDSS J143029.88+133912.0 был обнаружен лишь в 2008 году. И быстро привлек внимание ученых своей необычной структурой: на фоне вытянутого звездного тела галактики выделяется почти ровное кольцо — «ручка чашки».

Оказалось, что это кольцо — стенки пузыря, наполненного горячим ионизованным газом. Его диаметр около 11 килопарсек (35 тысяч световых лет), а надула его сверхмассивная черная дыра в ядре галактики.

Черная дыра захватывает окружающий ее газ, и в ходе этой трапезы вокруг нее формируется аккреционный диск. А вдоль оси этого диска возникает радиоджет — плазменный выброс частиц, которые ускоряются до околосветовых скоростей. Совместное действие радиоджета и излучения диска приводит к нагреванию газа галактики.

Тикап оказался удобной естественной лабораториейдля изучения процессов взаимодействия активного ядра и галактики. Ядро нагревает, ионизирует и выбрасывает из галактики газ, но его активность может прекратиться, если газ в окрестности черной дыры закончится. Эти процессы должны заметно влиять на эволюцию галактик, в том числе и в более ранней Вселенной — так что пузырь в «Чайной чашке» стал объектом внимательного рассмотрения с привлечением крупных наземных и космических телескопов.

В 2018 году наблюдения на крупнейшем в мире Большом канарском телескопе с 10,4-метровым составным зеркалом добавили новые штрихи к портрету галактики. Спектры, полученные с прибором OSIRIS, показали, что ионизованный активным ядром газ присутствует не только в области «ручки», но и на в пять раз большем расстоянии. Оказалось, что квазар окружен гигантской ионизованной туманностью, размер которой, писали авторы статьи, «близок к рекордному среди всех известных во Вселенной галактик».

Действительно, поперечник туманности – около 300 тысяч световых лет, что в три раза больше диаметра Млечного Пути, отнюдь не маленькой галактики. И хотя за прошедшие годы были открыты туманности еще больше, чем Тикап, все они относятся к далеким галактикам ранней Вселенной. А «Чайная чашка» по космологическим масштабам — почти рядом с нами.

Но спектры канарского телескопа были получены всего в двух направлениях, поэтому оставалось неясным ни как выглядит эта туманность, ни как движется газ на таком расстоянии от ядра.

Оказалось, туманность регулярно вращается вокруг галактики, но структурно состоит из двух частей – диска диаметром около 250 тысяч световых лет, внутри которого скрыт пузырь «ручка чашки», и двух внешних арок, частично повторяющих форму «ручки», но в значительно больших масштабах. Арки симметричны относительно ядра и находятся на одной линии и с центральным пузырем и с ядром галактики – точно вдоль радиоджета.

Анализ данных наблюдений показал, что внешние газовые арки также могли образоваться под действием активности ядра, но весьма давно – около 800 миллионов лет назад. Внутренний пузырь значительно моложе, его возраст по разным оценкам не больше 50 миллионов лет.

Также, благодаря проведенным на 6-метровом телескопе спектральным наблюдениям, нам удалось определить, что звезды в центральной части галактики сильно моложе, чем на периферии — им в среднем около миллиарда лет против 7–9 миллиардов для остальной галактики. При этом вся гигантская туманность вращается под большим углом к звездному телу галактики. Возможно, даже перпендикулярно к нему. Эта особенность роднит «Чайную чашку» с галактиками с полярными кольцами — и указывает, что газ был захвачен галактикой с орбит, имеющих соответствующее направление вращения.

Причиной образования этого странного объекта стало слияние галактики с массивным спутником около миллиарда лет назад. При этом сформировался газовый диск, наклоненный к звездному диску получившейся системы. Возможно, что он унаследовал направление вращения богатого газом спутника, слившегося с основной галактикой. В то же время, перераспределение углового момента вращения во внутренней области привело в тому, что часть газа скопилось в центре — это довольно частая ситуация при слиянии галактик. В плотном газе начинают формироваться новые звезды. Следы той вспышки звездообразования мы сейчас и наблюдаем, смотря на относительно молодое звездное население в ядре галактики. Одновременно газ стал поступать и в самый центр, к сверхмассивной черной дыре. В результате — «включилось» активное ядро, которое начало выдувать в диске пузыри, остатки которых мы и видим теперь как внешние арки ионизованного газа. А «ручка чашки» образовалась уже значительно позднее, возможно, при следующей вспышке активности ядра.

Разумеется этот теоретический сценарий требует подтверждения численным моделированием взаимодействия галактик. Мы надеемся, что данные, полученные на 6-метровом российском и 10,4-метровом канарском телескопах помогут выбрать оптимальную модель, лучшим образом описывающую картину, наблюдаемую в «Чайной чашке».

Источник:NPlus1