Две международные группы астрономов использовали радиоинтерферометр ALMA, чтобы изучить происходящее около двух черных дыр и, таким образом, определить влияние этих сверхмассивных гигантов на их галактики. При этом результаты наблюдения оказались разительно отличными. В одной из галактик NGC 1433, находящейся ближе к нам, черная дыра в центре мирно спит, так что около нее было обнаружено холодное, молекулярное облако газа. В другой, далекой галактике – источнике света PKS 1830-211 удалось, напротив, наблюдать основание потока околосветовых частиц, выбрасываемых аккреционным диском. Вторая черная дыра нетипична для современной Вселенной. Такие активные черные дыры часто встречались в молодой Вселенной. Во время становления галактик, сопровождавшегося движением огромного количества газа, черные дыры активно росли вместе со своими галактиками. Уж очень часто им везло перехватить своим мощным гравитационным полем движущееся рядом облако газа или даже недавно родившуюся звезду. Современные же галактики в основном спокойны. Они медленно рождают звезды, имея небольшие запасы газа, и движение их светил и газовых облаков по орбитам давно установилось. Поэтому поблизости от черных дыр подходящее питание проходит нечасто. Тем не менее, аккреционные диски черных дыр в центрах галактик никогда не оказываются лишенными материи, так что всегда есть какой-то поток материи на дыру, а значит и какой-то поток от нее.

«Интерферометр ALMA открыл нам уникальную спиральную структуру в молекулярном облаке в центре NGC 1433, – говорит сотрудник Парижской обсерватории Франсуа Комбэ. – Это объясняет, как материал движется к черной дыре. При этом нам удалось заметить и слабый поток материи от черной дыры, простирающийся всего на 150 световых лет. Это самый маленький молекулярный поток, наблюдавшийся не в нашей галактике». Поток увлекается типичной релятивистской струей, вырывающейся из полюса черной дыры. Это – отличный пример влияния черной дыры на звездообразование, в особенности на замедление развития перемычки в центре галактики. Черная дыра, имеющая огромную массу, притягивает материю, так что она скапливается в центре галактики. Это должно бы положительно влиять на рост перемычки и образование звезд. Однако мощные релятивистские струи, напротив, нагревают и разгоняют материю, препятствуя ее скопления и сгущению для рождения звезд. В случае NGC 1433 молекулярное облако рассеивается струей от дыры, тогда как оно могло бы уплотниться, дав рождение звездам.

В случае PKS 1830-211 группа под руководством Ивана Марти-Видала из Онсальской обсерватории наблюдала далекую галактику, в которой реактивная струя намного мощнее. Красное смещение источника PKS 1830-211 составляет 2.5, так что расстояние до нее – не менее 11 миллиардов световых лет. Вселенная тогда была в пять раз моложе. Это отличается PKS 1830-211 от NGC 1433, которую мы видим такой, как она была всего 30 миллионов лет назад, то есть практически в современном состоянии на Вселенском масштабе времени. Излучение PKS 1830-211 удается различить благодаря другой галактике на пути следования фотонов. В результате яркость PKS 1830-211 увеличивается, но ее форма искажается – в телескоп видны два изображения галактики. Они также искажаются, но общая теория относительности, которая предсказала гравитационное линзирование, теперь, после многочисленных примером подтверждения, позволяет предсказывать параметры искажения. В результате, если известна масса линзирующей галактики, можно восстановить исходное изображение искаженного объекта.

Такая работа была проведена для источника PKS 1830-211. При этом выяснилось, что черная дыра галактики на момент наблюдения поглощает большое количество материи, хотя выяснить, звезда это или облако газа, не удалось. «Открытие процесса питания дыры в этой галактики было совершенно случайным. Мы использовали интерферометр ALMA для других целей наблюдения PKS 1830-211, но случайно заметили незначительные изменения в цвете и яркости искаженных снимков PKS 1830-211. Внимательное изучение этого эффекта привело нас к заключению, что нам удалось наблюдать галактику во время очень редкого и кратковременного процесса – прохода новой материи через основание реактивной струи черной дыры», – говорит один из авторов исследования Себастьян Мюллер, сотрудник Института Астрономии и астрофизики Тайваньской академии наук.

При этом исследователям повезло второй раз. При поисках в архивных данных других телескопов оказалось, что источник PKS 1830-211 наблюдался с намного большей детализацией орбитальным телескопом Ферми. Радиоинтерферометр видел в основном происходящее с материей, входящей в основание струи быстрых частиц. Ферми, напротив, наблюдал поток релятивистских частиц. Возмущение, вызванное новой материей, увеличило энергии частиц потока, усилив его излучение в наиболее энергетическом гамма-диапазоне. Дополняющие друг друга наблюдения в разных диапазонах электромагнитного спектра не оставляют сомнений в природе явления. Работа по изучению черных дыр с помощью интерферометра ALMA только начинается. Так, вторая команда уже начала наблюдения следующей галактики PKS 1830-211. «Нам еще предстоит узнать очень много о том, как черные дыры создают эти мощные потоки материи и излучения, – говорит Марти-Видал. – Эти результаты, полученные еще до завершения строительства интерферометра, показывают его высокий потенциал в изучении релятивистских струй».