Газ навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої Галактики виявився багатим на метали. Найімовірніше, їх викинули зорі, що вибухнули поблизу. За складом газ схожий на багато зір, які обертаються довкола чорної діри, тож він міг сформуватися разом із зорями. Це показали спостереження телескопа James Webb.
Металічність газу біля чорної діри
Вміст металів астрономи описують металічністю, тобто часткою елементів, важчих за гелій, у масі речовини. Її зазвичай порівнюють із сонячною, а в Сонці на такі елементи припадає близько 1,3 % маси.
Йдеться про мініспіраль, систему потоків іонізованого газу завширшки близько десяти світлових років, які обертаються довкола чорної діри Стрілець A*. Чорна діра має масу близько чотирьох мільйонів сонячних і лежить приблизно за 26 тис. світлових років від Землі. Ближчої надмасивної чорної діри немає, тому її оточення спостерігати найлегше.
Команда Ніколь Форд дійшла висновку, що газ мініспіралі збагачений металами, які, найімовірніше, поступово постачали зорі, що вибухали поблизу чорної діри. За складом газ схожий до речовини багатьох зір, що обертаються навколо Стрільця A*. Це наштовхує на думку, що газ і ці зорі сформувалися одночасно. Оцінки металічності газу, зокрема в роботі цієї команди, становлять від 0,7 до 2,5 сонячної.
Найбільше в ньому альфа-елементів, до яких належать кисень, неон і сірка, а заліза відносно мало. Альфа-елементи утворюються переважно в надрах масивних зір і потрапляють у простір під час їхніх вибухів, тож такий склад узгоджується з версією про наднові поблизу чорної діри. Результати опубліковані в рецензованому журналі The Astronomical Journal.
Метали прискорюють охолодження газу
Чорна діра в центрі Галактики притягує речовину, але отримує її значно менше і повільніше, ніж інші надмасивні чорні діри, розповідає Ніколь Форд із Космічного інституту Тротьє Університету Макгілла у релізі на phys.org. Світність Стрільця A*, тобто вся енергія, яку щосекунди випромінює речовина довкола чорної діри, не перевищує кількох сотень сонячних. Розігріта речовина, що падає до чорної діри, могла б випромінювати значно більше. Для такої маси верхня межа, за якої тиск випромінювання врівноважує гравітацію, становить понад сто мільярдів світностей Сонця.
Від металічності залежить, як швидко газ остигає. Атоми важких елементів випромінюють енергію в багатьох спектральних лініях, тому багатий на них газ віддає тепло швидше. Холодному газу менше заважає власний тиск, і його легше притягнути до чорної діри. Чому за такого складу газу Стрілець A* отримує так мало речовини, нові дані поки не пояснюють.
Спектри від телескопа James Webb
Дані отримали за допомогою телескопа James Webb, який працює в інфрачервоному діапазоні. Його спектри настільки детальні, що вдалося розрізнити теплове випромінювання окремих газових хмар біля чорної діри й виміряти металічність кожної.
Паралельно група під керівництвом Маюри Балакрішнан перевірила, чи зберігає газ сліди спалахів Стрільця A*. У рентгенівському діапазоні вони трапляються в середньому раз на добу. Стаття вийшла в рецензованому журналі The Astrophysical Journal.
Сліду не знайшли. Світло перетинає область, де газ випромінює в цих спектральних лініях, за час від кількох годин до десяти днів, а іонам, щоб знову захопити електрони, потрібно понад тиждень. Тож спалахи тривалістю близько години розмиваються, і газ відображає лише усереднене опромінення. Це не означає, що спалахів не було, просто за газом їх не відстежити.
Ніколь Форд вважає, що зрозуміти, як чорна діра притягує речовину, допоможе порівняння спостережень з комп’ютерними моделями еволюції газу на значно довших часових масштабах. Окремі сеанси спостережень James Webb, використані в статті Маюри Балакрішнан, тривали від двох до семи годин.
