"Эта пара размером не просто с солнечную систему или Млечный Путь; речь идет в общей сложности о 140 диаметрах Млечного Пути", - говорит Мартинн Оэй, аспирант Калифорнийского технологического института и ведущий автор статьи Nature, сообщающей о результатах. "Млечный Путь был бы маленькой точкой в этих двух гигантских извержениях".
Реактивная мегаструктура, получившая название Порфирион в честь гиганта из греческой мифологии, датируется временем, когда нашей вселенной было 6,3 миллиарда лет, или менее половины ее нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Эти мощные потоки — суммарная выходная мощность которых эквивалентна триллионам солнц — выбрасываются сверху и снизу сверхмассивной черной дыры в сердце удаленной галактики.
До открытия Порфириона крупнейшей подтвержденной реактивной системой была Алкионея, которая была открыта в 2022 году той же командой, которая обнаружила Порфирион, охватывает площадь, эквивалентную примерно 100 Млечным Путям. Для сравнения, хорошо известные струи Центавра A, ближайшая к Земле крупная реактивная система, охватывает 10 Млечных Путей.
Последнее открытие предполагает, что эти гигантские струйные системы, возможно, оказали большее влияние на формирование галактик в молодой вселенной, чем считалось ранее.
Порфирион существовал в раннюю эпоху, когда тонкие нити, соединяющие галактики и питающие их, известные как космическая паутина, были ближе друг к другу, чем сейчас. Это означает, что огромные струи, подобные Порфириону, охватили большую часть космической паутины по сравнению со струями в локальной вселенной.
"Астрономы считают, что галактики и их центральные черные дыры совместно эволюционируют, и одним из ключевых аспектов этого является то, что струи могут распространять огромное количество энергии, которая влияет на рост их галактик-хозяев и других галактик рядом с ними", - говорит соавтор Джордж Джорговски, профессор астрономии и науки о данных в Caltech. "Это открытие показывает, что их воздействие может распространяться гораздо дальше, чем мы думали".
Обнаружив огромную популяцию
Струйная система Порфирион - крупнейшая из обнаруженных на сегодняшний день во время исследования неба, которое выявило шокирующее количество слабых мегаструктур: более 10 000. Эта огромная популяция гигантских струй была обнаружена с помощью европейского радиотелескопа LOFAR (LOw Frequency ARray).
Хотя до наблюдений LOFAR были известны сотни крупных систем струй, считалось, что они редки и в среднем меньше по размеру, чем тысячи систем, обнаруженных радиотелескопом.
"Гигантские струи были известны еще до того, как мы начали кампанию, но мы понятия не имели, что их окажется так много", - говорит Мартин Хардкасл, второй автор исследования и профессор астрофизики Университета Хартфордшира в Англии.
"Обычно, когда мы получаем новые возможности наблюдения, такие как сочетание широкого поля зрения LOFAR и очень высокой чувствительности к протяженным структурам, мы обнаруживаем что-то новое, но все равно было очень интересно наблюдать появление такого количества таких объектов ".
Еще в 2018 году Ои и его коллеги начали использовать LOFAR для изучения не струй черных дыр, а космической паутины тонких нитей, которая пересекает пространство между галактиками. Когда команда изучила радиоизображения в поисках слабых нитей, они начали замечать несколько поразительно длинных систем струй.
"Когда мы впервые обнаружили гигантские струи, мы были весьма удивлены", - говорит Ои, который также связан с Лейденской обсерваторией в Нидерландах. "Мы понятия не имели, что их так много".
Для систематического поиска других скрытых струй команда на глаз изучила радиоизображения, использовала инструменты машинного обучения для сканирования изображений в поисках признаков приближающихся струй и заручилась помощью гражданских ученых по всему миру для дальнейшего изучения изображений.
Скрывающиеся в прошлом
Чтобы найти галактику, из которой произошел Порфирион, команда использовала Гигантский метроволновый радиотелескоп(GMRT) в Индии вместе со вспомогательными данными проекта под названием Инструмент спектроскопии темной энергии(DESI), который работает в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Наблюдения показали, что родиной струй является огромная галактика, примерно в 10 раз массивнее нашего Млечного Пути.
Затем команда использовала обсерваторию В. М. Кека на Гавайях, чтобы показать, что Порфирион находится на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет от Земли. "До сих пор эти гигантские струйные системы казались феноменом недавней вселенной", - говорит Оэй. "Если удаленные струи, подобные этим, могут достигать масштабов космической паутины, тогда каждое место во Вселенной, возможно, было затронуто активностью черных дыр в какой-то момент космического времени", - говорит Оэй.
Наблюдения Keck также показали, что Порфирион возник из так называемой активной черной дыры с излучательным режимом, в отличие от той, которая находится в реактивном режиме.
Считается, что когда сверхмассивные черные дыры становятся активными — другими словами, когда их огромные силы притяжения притягивают и нагревают окружающий материал, — они либо излучают энергию в форме излучения, либо струй. Черные дыры радиационного типа были более распространены в молодой, или далекой, вселенной, в то время как струйные чаще встречаются в современной вселенной.
Тот факт, что Порфирион произошел из черной дыры с излучающим режимом, стал неожиданностью, потому что астрономы не знали, что этот режим может производить такие огромные и мощные струи. Более того, поскольку Порфирион находится в далекой вселенной, где изобилуют черные дыры излучающего типа, это открытие подразумевает, что, возможно, предстоит найти гораздо больше колоссальных струй.
"Возможно, мы смотрим на верхушку айсберга", - говорит Оэй. "Наша съемка LOFAR охватила только 15% неба. И большинство из этих гигантских струй, вероятно, трудно обнаружить, поэтому мы считаем, что где-то поблизости таких гигантов гораздо больше ".
Постоянные загадки
До сих пор неясно, как струи могут распространяться так далеко за пределы своих галактик-хозяев без дестабилизации. "Работа Мартини показала нам, что в окружении этих гигантских источников нет ничего особенного, из-за чего они достигают таких больших размеров", - говорит Хардкасл, эксперт по физике струй черных дыр.
"Моя интерпретация заключается в том, что нам нужно необычайно долгоживущее и стабильное событие аккреции вокруг центральной, сверхмассивной черной дыры, чтобы позволить ей быть активной так долго — около миллиарда лет — и гарантировать, что струи все это время будут направлены в одном направлении. Чему мы научились на примере большого количества гигантов, так это тому, что это должно быть относительно обычным явлением ".
В качестве следующего шага Оэй хочет лучше понять, как эти мегаструктуры влияют на окружающую среду. Струи распространяют космические лучи, тепло, тяжелые атомы и магнитные поля по всему пространству между галактиками.
"Магнетизм на нашей планете позволяет жизни процветать, поэтому мы хотим понять, как она возникла", - говорит он. "Мы знаем, что магнетизм пронизывает космическую сеть, затем проникает в галактики и звезды и, в конечном итоге, на планеты, но вопрос в том, где он начинается? Распространили ли эти гигантские струи магнетизм по космосу?"
Источник: Astronomy & Astrophysics, Калифорнийский технологический институт
На изображении:
Иллюстрация художника, изображающая самую длинную из когда-либо наблюдавшихся систем струй черных дыр. Названные Порфирионом в честь мифологического греческого гиганта, эти струи простираются примерно на 7 мегапарсеков, или 23 миллиона световых лет. Это эквивалентно выстраиванию 140 галактик Млечного Пути одна к другой. История Порфириона восходит ко времени, когда наша вселенная была меньше половины своего нынешнего возраста. В ту раннюю эпоху тонкие нити, соединяющие галактики и питающие их, известные как космическая паутина, были ближе друг к другу, чем сейчас. Следовательно, эта колоссальная пара струй распространилась на большую часть космической паутины по сравнению с аналогичными струями в нашей соседней вселенной. Таким образом, открытие Порфириона подразумевает, что струи в ранней вселенной, возможно, повлияли на формирование галактик в большей степени, чем считалось ранее.
Дополнительные материалы
