Х-образные радиогалактики могут образовываться проще, чем ожидалось

Когда астрономы используют радиотелескопы, чтобы заглянуть в ночное небо, они обычно видят эллиптические галактики с двойными струями, вырывающимися по обе стороны от сверхмассивной центральной черной дыры. Но время от времени — менее чем в 10% случаев — астрономы могут обнаружить что-то особенное и редкое: X-образную радиогалактику с четырьмя джетами, уходящими далеко в космос.

Хотя эти загадочные X-образные радиогалактики сбивали с толку астрофизиков в течение двух десятилетий, новое исследование Северо-Западного университета дает новое представление о том, как они образовались, и это удивительно просто. Исследование также показало, что Х-образные радиогалактики могут быть более распространены, чем считалось ранее.

Исследование будет опубликовано 29 августа в Письма из астрофизического журнала. Он представляет собой первую крупномасштабную симуляцию аккреции галактик, которая отслеживает галактический газ вдали от Земли. Гигантская черная дыра Всю дорогу вокруг него.

Простые условия приводят к хаотичному исходу

Используя новое моделирование, астрофизики Северо-Запада применили простые условия для моделирования питания сверхмассивной черной дыры, органического состава ее струй и Диск накопления. Когда исследователи запустили симуляцию, простые условия органично и неожиданно привели к образованию X-образной радиоактивной галактики.

Удивительно, но исследователи обнаружили, что характерная X-образная форма галактики вызвана взаимодействием между струями и газом, падающим в черную дыру. В начале моделирования падающий газ отклонял вновь образованные струи, которые включались и выключались, раскачивая и раздувая пары полостей в разных направлениях, напоминая форму буквы X. Однако в конечном итоге струи стали достаточно сильными, чтобы вытолкнуть газ. В этот момент струи стабилизировались, перестали раскачиваться и растеклись вдоль одной оси.

«Мы обнаружили, что даже при простых одинаковых начальных условиях можно получить совершенно хаотичный результат», — сказал Аретайос Лалакос из Northwestern, руководивший исследованием. «Общее объяснение X-образных радиогалактик состоит в том, что две галактики сталкиваются, в результате чего сталкиваются их сверхмассивные галактики. черные дыры сливаться, что меняет вращение оставшейся черной дыры и направление струи. Другая идея состоит в том, что форма самолета меняется, когда он взаимодействует с массивным газом, окружающим изолированную сверхмассивную черную дыру. Теперь мы впервые обнаружили, что X-образные радиогалактики на самом деле могут формироваться гораздо более простым способом. «

Лалакос — аспирант Колледжа искусств и наук Вайнберга на Северо-Западе и член Центра междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики (CIERA). Консультировали его соавтор исследования Саша Чековская, доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного университета и старший член CIERA, и Ор Готлиб, научный сотрудник CIERA.

поперечная Х-образная форма

Хотя радиогалактики излучают видимый свет, к ним относятся и большие территории радиовещания. Возможно, самой известной радиогалактикой является M87, одна из самых массивных галактик во Вселенной, которая стала еще более популярной в 2019 году, когда Телескоп горизонта событий сфотографировал центральную сверхмассивную черную дыру. X-образные радиогалактики, впервые появившиеся в 1992 году, составляют менее 10% всех радиогалактик.

Когда Лалакос решил спроектировать черную дыру, он не собирался моделировать галактику в форме буквы X. Вместо этого он стремился измерить, сколько массы поглотит черная дыра. Он ввел в симуляцию простые астрономические условия и запустил ее. Лалакос поначалу не понимал значения возникающей Х-образной формы, но Чеховской отреагировал на это с энтузиазмом.

«Он сказал: «Чувак, это очень важно!» «Он сказал мне, что астрономы заметили это в реальной жизни и не знали, как это образовалось. Мы сделали это таким образом, о котором никто никогда не догадывался».

В предыдущих симуляциях другие астрономы пытались искусственно создать Х-образные структуры, чтобы изучить, как они появляются. Но мимикрия Лалакоса органично привела к Х-образности.

«В своей симуляции я старался ничего не предполагать, — сказал Лалакос. «Обычно исследователи помещали черную дыру в центр смоделированной сетки и помещали вокруг нее большой газовый диск, который уже сформировался, а затем они могли добавлять окружающий газ за пределами диска. В этом исследовании моделирование начинается без диска. ,но вскоре один из них образуется по мере приближения вращающегося газа к черной дыре.Затем Этот диск питает черную дыру и создает джеты.Я сделал самые простые предположения,поэтому результат всех удивил.Такое впервые кто-то видел X-образная морфология в симуляциях из очень простых начальных условий».

«Мне не посчастливилось их увидеть»

Поскольку Х-образная форма появилась только в начале симуляции — до тех пор, пока струи не затвердели и не стабилизировались, — Лалакос считает, что Х-образная радиосвязь галактики Они могут появляться чаще, но длятся очень короткое время, больше во вселенной, чем считалось ранее.

«Это может возникать каждый раз, когда черная дыра получает новый газ и снова начинает есть», — сказал он. «Поэтому это может происходить часто, но нам может не повезти увидеть это, потому что это происходит только до тех пор, пока сила струи слишком слаба, чтобы оттолкнуть газ».

Затем Лалакос планирует продолжить моделирование, чтобы лучше понять, как выглядят эти X-образные фигуры. Он хочет поэкспериментировать с размером аккреционных дисков и вращением центральных черных дыр. В других симуляциях Лалакос включал кумулятивные диски, которых почти не существовало, пока они не достигли чрезвычайно больших размеров — ни один из них не приводил к неуловимой X-образной форме.

«Для большей части Вселенной невозможно увеличить масштаб прямо в центре и увидеть, что происходит рядом с черной дырой», — сказал Лалакос. «И даже то, что мы можем наблюдать, мы ограничены во времени. Если сверхмассивная черная дыра уже сформировалась, мы не можем следить за ее эволюцией, потому что продолжительность жизни человека слишком коротка. В большинстве случаев мы полагаемся на симуляции, чтобы понять, что происходит». рядом с черной дырой».

Исследование называется «Соединение масштабов Бонди и горизонта событий: 3D-моделирование GRMHD раскрывает X-образную радиоморфологию».