За пределами величественного земного неба слово «облако» уже не означает белую, выглядящую легкой и летучей структуру, из которой, в конце концов, льется дождь. В отличие от земных облаков, облака во вселенной - это области более высокой плотности, чем их окружение.
Художественное изображение квазара в окружении из пыли и более плотных облачных «сгустков» © Illustration by Nima Abkenar
Такие космические облака телескопы наблюдают вблизи сверхмассивных черных дыр - таинственных сверхплотных объектов с массами более 100 000 солнечных масс, из которых не может вырваться даже свет. В центре почти каждой галактики имеется своя сверхмассивная черная дыра, и когда она поглощает газ и пыль из окружающей среды, ее принято называть активным галактическим ядром. Самый яркий тип активных галактических ядер - это так называемые квазары. Сама по себе черная дыра наблюдаться не может, но при этом чрезвычайно ярко светится ее окружение, когда попадающая в зону горизонта событий материя разрывается.
Но черные дыры не совсем похожи на гигантские пылесосы. Они не просто поглощают все, что приближается слишком близко к ним. В то время как часть вещества вокруг черной дыры попадает прямо внутрь и больше никогда оттуда не возвращается, другая часть попавшего туда газа выбрасывается в космос и создает оболочку, которая простирается на тысячи световых лет. Это происходит потому, что область вблизи горизонта событий черной дыры чрезвычайно энергонасыщена. И излучение высоких энергий от быстрых частиц вокруг черной дыры может катапультировать огромную долю газа в огромные пространства.
Ученым казалось, что этот поток газа должен был бы быть равномерным. Но вместо этого он оказался комковатым и простирается от черной дыры в космос более чем на 3,3 световых года. Каждое облако начинается с малого, но может вырасти до размера более одного парсека (3,26 световых года). То есть оно может полностью покрыть расстояние между Землей и ближайшей звездой за пределами Солнечной системы - Проксима Центавра.
Астрофизик Дэниэл Прога из Университета Невады в Лас-Вегасе сравнивает эти скопления с группами автомобилей, ожидающих на выезде на шоссе перед светофорами, которые регулируют поток автомобилей, вливающихся в поток движения на шоссе. «Время от времени перед светофором скапливается несколько машин», - объясняет он.
Но как же объяснить такие скопления в космосе? У Проги и его коллег есть новая компьютерная модель, которая обеспечивает возможное решение этой головоломки. Исследование было опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters под редакцией Рэндалла Дэннена. Ученые продемонстрировали, что экстремальная жара возле сверхмассивной черной дыры действительно может позволить газу быстро вытекать, но таким образом, что это вполне может привести к образованию комков. Но если газ ускоряется слишком быстро, он не сможет достаточно остывать для образования комков. Компьютерная модель учитывает эти факторы и предлагает механизм для переноса газа на большие расстояния, а также для его комкования.
«Возле внешнего края оболочки есть возмущение, из-за которого плотность газа немного ниже обычной», - говорит Прога. - «В результате этот газ очень эффективно нагревается. А холодный газ дальше снаружи уносится дальше».
Это явление похоже на подъемную силу, которая обеспечивает полет воздушных шаров. Горячий воздух в шаре легче, чем холодный воздух снаружи, и эта разница в плотности обеспечивает подъем шара.
«Эта работа важна, потому что астрономы всегда должны располагать облака в соответствии с их положением и скоростью, чтобы они максимально соответствовали нашим наблюдениям активных ядер галактик», - поясняет Дэннен. - «Но они не часто занимались условиями, в которых эти облака образовались. И как раз наша работа дает возможное объяснение образования этих облаков».
Эта модель принимает во внимание только газовую оболочку, а не диск вокруг черной дыры. На следующем этапе исследования предполагается выяснить, исходит ли поток газа и от самого диска. Также они попытаются разгадать загадку того, почему некоторые облака движутся очень быстро, со скоростью 10 000 километров в секунду.
0
