Квазари належать до найяскравіших об'єктів у Всесвіті. Їхнє світіння живить акреція речовини на надмасивні чорні діри в центрах галактик. Уже давно вважається, що потужне випромінювання й вітри квазарів впливають на еволюцію галактик і навіть цілих скупчень — цей процес називають квазарним фідбеком (quasar-mode feedback). Проблема в тому, що ефективність і масштаб цього впливу досі погано визначені: різні методи давали дуже різні оцінки, і напряму простежити цей процес було складно.
Нова робота, опублікована в arXiv, використовує спостереження рентгенівського телескопа XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) об'єкта H1821+643 — найближчого до нас скупчення галактик, у центрі якого перебуває активний квазар, на відстані, що відповідає червоному зміщенню z = 0,297. Це рідкісна комбінація: зазвичай яскраві квазари спостерігають окремо від великих скупчень, і тому такий об'єкт дає унікальну можливість перевірити теорію фідбеку безпосередньо.
Що показала спектроскопія
XRISM оснащений спектрометром з високою роздільною здатністю, здатним розрізняти найтонші деталі рентгенівських спектрів. Дослідники проаналізували лінії випромінювання високоіонізованого заліза (Fe XXV) у гарячому газі, що заповнює скупчення — так званому внутрішньокластерному середовищі.
Виявилося, що ці лінії надзвичайно розширені: дисперсія швидкостей руху газу становить приблизно 300 км/с. Це значно перевищує значення, які зазвичай спостерігають у ядрах близьких скупчень галактик, де подібна турбулентність, як правило, значно слабша.
Важливо, що це розширення ліній походить переважно з ділянок на відстані від 20 до 100 тисяч парсек від центру скупчення — тобто далеко за межами самої галактики, у якій міститься квазар. Це означає, що вплив чорної діри поширюється не лише на найближче оточення, а й на значно ширшу область міжгалактичного газу.
Скільки енергії передає квазар
Автори припускають, що причиною спостережуваної турбулентності є ударна хвиля, спричинена активністю квазара. Виходячи з цього припущення, вони оцінили, скільки енергії квазар передав газу за межами галактичних масштабів (тобто на відстанях понад 20 тисяч парсек).
Результат: ця енергія становить приблизно 1-10% від радіаційної (світлової) енергії, яку випромінює квазар. Це число суттєво перевищує попередні оцінки ефективності фідбеку, отримані за допомогою інших багатохвильових методів — ті давали значення менше 0,01%.
Ефективність фідбеку перевищує попередні оцінки на порядки величини (менше 0,01%) і сягає рівня, необхідного для найновіших космологічних гідродинамічних симуляцій.
Це збіг важливий: сучасні комп'ютерні моделі формування галактик і скупчень уже давно закладають високу ефективність квазарного фідбеку як необхідну умову для відтворення реальної структури Всесвіту. До цього моменту бракувало прямих спостережних доказів, що така ефективність справді досяжна на практиці.
Чому це важливо
Якщо квазари здатні передавати значну частку своєї енергії навколишньому газу на масштабах у десятки тисяч парсек, це означає, що вони можуть суттєво впливати на подальшу долю галактики та скупчення — гальмувати остигання газу, пригнічувати утворення нових зірок, регулювати ріст самої чорної діри.
Автори роботи наголошують, що знайдена вигура турбулентність вказує на центральну роль квазарного фідбеку в регулюванні еволюції галактик і скупчень, особливо на високих червоних зміщеннях, коли квазари були значно активнішими, ніж зараз.
Втім, це поки один об'єкт спостережень, і сама оцінка енергії залежить від припущення про природу турбулентності (ударна хвиля). Щоб перевірити, наскільки типовим є цей результат, знадобляться подібні спостереження інших скупчень з активними квазарами в центрі — а таких об'єктів у найближчому Всесвіті обмаль. XRISM з його високою спектральною роздільною здатністю дає для цього унікальний інструмент.
