Сотрудники Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН при помощи крупнейшего российского телескопа изучили распределение и движение газа в галактике Маркарян-6 (Mrk 6). Ученые впервые нашли в ней гигантскую систему из облаков ионизованного газа, протянувшуюся далеко за пределы галактики. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Считается, что в центрах большинства крупных галактик, включая нашу, расположена сверхмассивная черная дыра. Обычно она себя почти не проявляет, ее гравитационное влияние распространяется не очень далеко, так как даже такая масса – лишь малая доля от массы всей галактики. Однако в тех случаях, когда в ее окрестности оказывается достаточно много межзвездной газопылевой материи, черная дыра захватывает это вещество. Процесс сопровождается выделением огромной энергии во всем диапазоне электромагнитного спектра – от гамма-, рентгеновского и ультрафиолетового излучения до радиоволн. Возникает феномен активного галактического ядра.

Падающее на черную дыру вещество закручивается в диск, внешние холодные части которого «распухают», образуя содержащий большое количество пыли тор. Получается, что «центральная машина» активного ядра окружена своеобразным «пылевым бубликом». Из-за этого ультрафиолетовое и оптическое излучение сосредоточено в двух широких конусах, направленных в противоположные стороны. Если такие конусы жесткого излучения встречаются с межзвездным газовым облаком, то они ионизуют его, превращая нейтральные атомы в ионы – частицы, к которым присоединился электрон или которые его отдали другой частице. Эти структуры и называют конусами ионизации.

Первые активные ядра, отличающиеся своим необычным спектром излучения, обнаружил среди близких галактик американский астроном Карл Сейферт еще в 1943 году. Позже такие галактики были названы сейфертовскими. Одна из известнейших сейфертовских галактик – Маркарян 6. Она находится примерно в 263 миллионах световых лет от Земли. Хотя исследования ее характеристик ведутся с 60-х годов прошлого века, основное внимание уделялось только центральной области. О конусах ионизации уже было известно, но предполагалось, что они существуют лишь во внутренних областях галактики.

При помощи оптического 6-метрового телескопа и разных методов наблюдений астрономы САО РАН смогли рассмотреть самые внешние области галактики, в несколько раз более тусклые, чем были известны ранее. Mrk 6 относится к так называемым линзовидным дисковым галактикам, в которых большинство звезд сосредоточено в относительно плоском вращающемся диске, где обычно располагается газопылевая материя. Оказалось, что часть газа Mrk 6 находится далеко за границами звездного диска. Система ионизованных газовых облаков, напоминающая нити (филаменты), тянется на расстояния вплоть до 130 тысяч световых лет от центра.

Наблюдения Mrk 6 на 6-метровом телескопе САО РАН. Верхний ряд – прямые изображения в широких фильтрах и в эмиссионных линиях ионизованного газа [OIII] и Hα. Нижний ряд – результаты наблюдений со сканирующим интерферометром Фабри-Перо в линии Hα: распределение яркости (слева), поле лучевых скоростей (в центре) и распределение скоростей после вычитания модели кругового вращения в плоскости диска галактики (справа). / Smirnova A.A. et al./Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

«Начиная наши наблюдения, мы хотели лучше понять, как движется газ в диске галактики, и были очень удивлены, обнаружив его столь далеко за его пределами. Результат настолько необычен, что мы выполнили несколько различных видов наблюдений, независимо его подтвердивших и позволивших лучше понять физику процесса», – комментирует один из авторов работы, научный сотрудник САО РАН Александрина Смирнова.

«Здесь нам просто повезло: активное ядро, подобно прожектору, удачно подсветило систему газовых облаков низкой плотности, двигающихся по орбитам, совершенно отличным от орбит движения остальной материи в галактике», – рассказывает другой автор работы, ведущий научный сотрудник САО РАН Алексей Моисеев.

Полученные учеными изображения показывают, что звездный диск однороден и симметричен, в то время как газ не только заполняет диск, но и простирается дальше в виде системы отдельных газовых облаков, подсвеченных конусом ионизирующего излучения. Используемый метод исследований (3D-спектроскопия) позволяет измерить скорость газа вдоль луча зрения в каждой точке изображения. Это позволило астрономам понять, что внутри звездного диска газ вращается в его плоскости, как это и бывает в большинстве галактик, а орбиты газовых облаков в наружных областях меняют положение, становясь почти перпендикулярными галактическому диску. Такое поведение указывает на внешнее происхождение газа, то есть на то, что галактика захватила его из межгалактического пространства.

Глубокое оптическое изображение галактики Mrk 6, полученное с помощью 6-метрового телескопа САО РАН и распределение ионизированного газа в том же масштабе (цвета соответствуют разным скоростям движения газа относительно наблюдателя) / Алексей Моисеев.

Конкретный источник газовых облаков найти пока не удалось. Ученые предполагают, что это остаток от карликовой галактики-спутника, разрушенной приливными силами Mrk 6. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые получили самые глубокие на сегодняшний день изображения окрестностей Mrk 6, на которых видны очень тусклые объекты. Однако нет никаких звездных структур, указывающих на бывшее существование спутника. Примечательно, что эта часть наблюдений была выполнена на метровом телескопе Шмидта Бюраканской обсерватории (Армения). Именно благодаря наблюдениям на этом телескопе, сделанным в 60-х годах прошлого века выдающимся астрономом Вениамином Маркаряном, были обнаружены многие сейфертовские галактики, включая Mrk 6.

«Обнаружение столь необычных структур в Mrk 6 интересно по двум причинам. Во-первых, есть много косвенных свидетельств того, что галактики собирают газ из внешней среды. Без этого не удается объяснить ряд особенностей строения, состава и эволюции галактик, но напрямую захват газа низкой плотности увидеть сложно. Вероятно, что наблюдаемая благодаря активному ядру газовая система – прямое свидетельство такого процесса. Во-вторых, подобное явление позволяет лучше изучить сам феномен активности ядра, понять, как его светимость, то есть темп захвата вещества центральной черной дырой, меняется со временем. Это связано с тем, что чем дальше от ядра находится газовое облако-экран, тем раньше должны были вылететь из галактического центра ионизовавшие его кванты жесткого ультрафиолета», – заключает Алексей Моисеев.