Европейская группа астрономов из Греции и Германии раскрыта, что релятивистские струи от черной дыры значительно влияют на молекулярные облака на своем пути, изменяя внешнее и внутреннее давление. В результате возможно как сжатие облаков с запуском интенсивного звездообразования, так и их рассеивание. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Ученые проанализировали данные, полученные телескопом VLT (Very Lartge Telescope) Европейской Южной Обсерватории и комплексом радиотелескопов ALMA в Чили при наблюдении за ядром радиогалактики IC 5063, удаленной от Земли на 156 миллионов световых лет. Эта галактика необычна тем, что релятивистские струи (джеты) распространяются в газовом диске галактики, а не перпендикулярно ему. Предполагается, что взаимодействие джетов с холодными и плотными облаками молекулярного газа приводит к их сжатию и запускает процессы образования новых звезд.
В ходе наблюдений изучалась эмиссия монооксида углерода (CO) и формил-катиона (HCO+) по данным ALMA, а также излучение ионизированной серы и ионизированного азота по данным VLT. Эти данные использовались для создания модели распределения энергии спектральных линий (SLED), воспроизводящей условия окружающей среды в ветрах молекулярного газа и окружающей среде. Модель учитывала интенсивность ультрафиолетового излучения звезд, скорости ионизации газа релятивистскими струями, а также силе механического нагрева и нагрева космическими лучами.
Механический нагрев происходит, когда струя от черной дыры вызывает истечения разреженного ионизированного газа, которое затем взаимодействует с молекулярными облаками. При нагреве космическими лучами высокоэнергетические частицы проникают в облака, напрямую взаимодействуя с плотным газом, ионизируя его и даже изменяя химический состав. Моделирование показало, что как механический нагрев, так и космические лучи способны воспроизводить наблюдаемое распределение энергии спектральных линий CO и HCO+.
Известно, что стабильность, расширение или сжатие облаков зависит не только от их собственной гравитации, но и от соотношения внутреннего и внешнего давления. Благодаря SLED ученым впервые удалось составить подробные карты давления разреженной ионизированной среды, окружающей молекулярные облака в ядре IC 5063В, так и давления внутри самих облаков. В нагретых джетами и космическими лучами молекулярных облаках внутреннее давление увеличивалось на порядок. С учетом вариаций внешнего давления, полученного из данных по излучению ионизированных серы и азота, стало ясно, что одни облака подвергаются разрежению, в то время как другие — сжатию. Таким образом, джеты черной дыры могут одновременно как усиливать процессы звездообразования, так и подавлять их.
В будущем ученые планируют использовать космический телескоп имени Джеймса Уэбба, чтобы получить подробные изображения областей IC 5063, где релятивистские струи взаимодействуют с внешними слоями газовых облаков.