Астрономы описали природу «спящих» активных галактик

Когда в 1970-х годах исследователи изучили самые компактные, диаметром менее килопарсека (3,2 тысячи световых лет), радиогалактики, оказалось, что те ассиметричны. Из яркого центра у них исходит лишь один джет. Это открытие легло в основу изучения активных ядер галактик с джетами. Но вскоре ученые выделили подкласс необычных объектов, маленьких активных галактик с двумя джетами — компактных симметричных объектов (КСО). И вот наконец-то исследователям удалось объяснить природу этих радиоисточников.

У крупных галактик — например, Лебедя А и NGC 1052 — тоже есть двухсторонние джеты. Поэтому возникло предположение, что маленькие КСО — «зародыши» галактик с большими джетами, просто джеты растут постепенно. Также была версия, что рост джетов останавливает плотная окружающая космическая среда.

Впрочем, еще в 1980-х годах астроном Энтони Ридхед (Anthony Readhead), нашедший первые доказательства симметричности КСО, изучил спектры трех таких объектов и выдвинул гипотезу, что это совершенно новый класс радиоисточников. Возникли две версии их природы: либо это старые и медленно вращающиеся объекты, либо очень короткоживущие. Вскоре он предположил, что «подпитываются» КСО через события приливного разрушения, то есть от обломков звезды, подлетевшей слишком близко к сверхмассивной черной дыре.

К сожалению, для проверки этих предположений требовался массив данных наблюдений, которого на тот момент не было. В 2020 году Энтони Ридхед, теперь уже профессор астрономии в Калифорнийском технологическом университете (США), собрал коллег с предложением вернуться к вопросу и проверить гипотезы.

За два года группа изучила все вышедшие научные публикации по теме в поиске кандидатов в компактные симметричные объекты. Из 3125 источников они отобрали 79 настоящих КСО, из которых 15 были подтверждены впервые. Также исследователи выделили 167 высококачественных кандидатов в КСО, за которыми сейчас ведут наблюдения. И еще более тысячи кандидатов «второго класса», которые группа тоже со временем планирует проверить. В ближайшие годы ученые надеются расширить список подтвержденных КСО как минимум в три раза.

Причина такого сокращения — с трех тысяч кандидатов до 79 КСО — проста. В кандидаты эти объекты записывали по двум параметрам: наличию признаков двухстороннего джета и размеру менее одного килопарсека. Авторы нового исследования наложили два дополнительных требования, которые были указаны еще при первом описании этих объектов: низкая переменчивость (высокая стабильность) и низкая скорость джетов. Результаты этого этапа работы ученые описали в первой из трех статей, опубликованных в журнале The Astrophysical Journal.

Во второй публикации авторы более пристально изучили отобранные КСО. Несколько лет назад ученые показали, что существует два класса КСО, различающихся по тому, как они излучают: с максимально ярким излучением у ядра (КСО 1s) и с пиком излучения на конце джета, где тот, видимо, сталкивается со скоплением межгалактической материи (КСО 2s). Оказалось, на КСО 1s приходится лишь пятая часть компактных симметричных объектов. Ученые сфокусировались на КСО 2s.

Сопоставив их характеристики — размеры, красное смещение и другие параметры, — авторы новой работы пришли к выводу, что более 99 процентов этих объектов точно не способны вырасти до огромных радиоисточников. Их размер не превышает 1,6 тысячи световых лет (500 парсек), а длительность существования таких джетов ограничивается пятью тысячами земных лет, что крайне мало по космическим меркам. Для сравнения: джеты Лебедя А достигают длины в 230 тысяч световых лет и держатся на протяжении десятков миллионов лет.

«Эти КСО вовсе не молодые. Вы же не назовете 12-летнюю собаку молодой, хотя она прожила гораздо меньше лет, чем взрослый человек. Это объекты другого вида, которые живут и умирают за тысячи лет вместо миллионов лет, как это обычно бывает у галактик с более крупными джетами», — объяснил Ридхед.

Наконец, в третьей статье ученые показали, что природу таких радиогалактик можно объяснить событиями приливного разрушения. Сопоставив разные КСО, исследователи смогли восстановить эволюцию джетов и поделить КСО 2s на три эволюционных подкласса. Необычайную «живучесть» джетов авторы объяснили вероятной массивностью разрушенных звезд. Хотя в публикации они пояснили, что на этом этапе нельзя исключить другие сценарии образования джетов. Например, нестабильности в аккреционном диске вокруг черной дыры.

«Мы думаем, что, когда разрывает звезду, вся энергия уходит в джеты по оси вращения черной дыры. Изначально гигантская черная дыра нам не видна, но, когда она поглощает звезду, — бум! — у черной дыры появляется топливо, и мы можем ее увидеть», — добавил Ридхед.

Компактные симметричные объекты интересны не только как самостоятельный вид радиогалактик, но и в качестве «лабораторий» для изучения поведения активных ядер галактик, сверхмассивных черных дыр, их аккреционных дисков и механизмов появления релятивистских джетов. Новые обзоры неба с более чувствительными инструментами позволят найти более тусклые КСО.