Per porą pastarųjų mėnesių paskelbti du įdomūs aktyvių galaktikų stebėjimų atradimai. Vienas iš jų buvo linksniuojamas visur žiniasklaidoje, o apie kitą pranešimų pasigedau. Bet jie abu yra savaip svarbūs besipildančiai juodųjų skylių poveikio galaktikoms teorijai. Šios naujienos yra tokios. Pirmoji, apie kurią daugelis skaitėte – kad pirmą kartą apskaičiuota juodosios skylės vėjo geometrija ir nustatyta, kad vėjas sklinda beveik sferiškai simetriškai. Antroji – pirmą kartą toje pačioje galaktikoje aptiktas mažo erdvinio mastelio vėjas ir didelio masto tėkmė. O detaliau apie jas – po kirpsniuku.

Pradėdamas turėčiau paaiškinti, kas per dalykai yra juodųjų skylių vėjai ir tėkmės ir kuo jie tarpusavyje skiriasi. Jau prieš daugiau nei dešimt metų aptikti pirmi įrodymai, kad nuo aktyvių galaktikų branduolių, kuriuose yra sparčiai medžiagą ryjančios supermasyvios juodosios skylės, pučia greiti vėjai. Tie vėjai matomi iš spektrinių sugerties linijų, kurios yra pasislinkusios į mėlynąją (didesnė energijos) spektro pusę, lyginant su visos galaktikos spektru; tai reiškia, kad matoma medžiaga juda mūsų link, vadinasi tolsta nuo juodosios skylės (kitoje galaktikos branduolio pusėje esanti medžiaga tolsta ir nuo branduolio, ir nuo mūsų, bet jos sugeriamos spinduliuotės nematome, nes ji nukreipta nuo mūsų). Iš linijos pasislinkimo galima nustatyti ir judėjimo greitį – jis paprastai yra lygus 5-30% šviesos greičio, o iš jos gylio – masės pernašos spartą, paprastai siekiančią keletą Saulės masių per metus. Taip pat linijos atitinka geležies atomų, nuo kurių atplėšti beveik visi elektronai, spektrą. Tai reiškia, kad vėją sudaro labai smarkiai jonizuotos dujos. Tai nėra labai stebėtina, nes dujas apšviečia stipri aktyvaus branduolio spinduliuotė. Iš kitos pusės, taip smarkiai jonizuotose dujose spektrinių linijų yra nedaug, todėl sugeriama tik nedidelė spinduliuotės dalis; tada kyla klausimas, kaip vėjas gali būti įgreitinamas iki tokių didelių greičių. Kaip ten bebūtų, tokie vėjai aptinkami ~40% aktyvių galaktikų (šita statistika gali būti truputį pasenusi). Turint omeny, kad galaktikų branduolių geometrinė orientacija mūsų atžvilgiu gali būti bet kokia, t.y. kai kuriuos matome „iš viršaus“, kitus „iš šono“ ir t.t., tai reiškia, kad vėjai nuo aktyvių branduolių sklinda plačiu kampu ir uždengia bet 40% dangaus ploto, žiūrint nuo pačios juodosios skylės. Tačiau toks skaičiavimas yra tik statistinis ir nebūtinai yra vienintelis galimas stebėjimų paaiškinimas.

Dabar vieno aktyvaus branduolio geometrija suskaičiuota ne statistiniu būdu. Tas branduolys ir visa galaktika vadinasi PDS 456, ir klasifikuojama yra kaip kvazaras. Nuo branduolio ten irgi pučia vėjas, kurį matome per sugerties linijas. Atlikus detalius stebėjimus, buvo nustatytas sugerties profilis – sugeriamos spinduliuotės dalies priklausomybė nuo energijos. Skirtingomis kryptimis judančios dujos mūsų atžvilgiu juda nevienodais greičiais, net jei nuo branduolio tolsta vienodai sparčiai. Nevienodi greičiai reiškia, kad tų dujų sugeriama energija irgi yra nevienoda, taigi sugerties profilis mums pasako ir apie greičio mūsų atžvilgiu pasiskirstymą. Žinodami mažiausią ir didžiausią greitį mūsų atžvilgiu, galime nustatyti ir kampą tarp stebėjimo krypties bei kūginio vėjo kraštinės (žr. iliustraciją žemiau). Iš tokio skaičiavimo paaiškėjo, kad šis kampas yra ~100 laipsnių, o pridėjus tai, kad mes žiūrime ne lygiagrečiai pačiam kūgio kraštui, bei antrą kūgį, greičiausiai sklindantį kita kryptimi, nustatyta, kad erdvinis vėjo užimamas kampas yra ~3π, tai yra trys ketvirtadaliai viso dangaus ploto. Ne visiškai sferiškai simetriška, bet arti to.

Panašius rezultatus tyrimo autoriai gavo ir kitu būdu. Vėją sudarančios dujos ne tik sugeria spinduliuotę, bet ir pačios spinduliuoja. Galima sudaryti spinduliuotės pernašos modelį, kuris parodytų, kokia mus pasiekiančios spinduliuotės dalis ateina tiesiai iš juodosios skylės prieigų, o kokia yra „perdirbama“ vėjyje. Modelio rezultatai priklauso ir nuo vėjo geometrijos, taigi juos galima panaudoti tai geometrijai nustatyti. Gauti rezultatai yra labai panašūs į gautus aukščiau aprašytu paprastesniu geometriniu būdu: erdvinis kampas yra $$\sim 3.2 \pi \pm 0.6 \pi$$.

Taigi, šis rezultatas pirmą kartą parodė, kad konkrečiame kvazare pučia beveik sferiškai simetriškas vėjas. Toks vėjas gali daryti didelę įtaką visai galaktikai, nes, pūsdamas visomis kryptimis, jis gali sąveikauti su didele galaktikos dujų dalimi. Jei vėjas būtų siauras, panašėjantis į čiurkšlę, jis galėtų išsiveržti iš galaktikos, beveik nepalietęs dujų toli nuo plitimo krypties.

Dabar pereiname prie antrojo atradimo. Jis yra susijęs būtent su vėjo poveikiu didesniu masteliu. Tokie vėjai, kurių greičiai artimi šviesos greičiui, stebimi labai arti juodųjų skylių – parseko atstumu ar dar arčiau. Didesniu masteliu, siekiančiu kiloparsekus, galaktikose yra stebimos tėkmės: žymiai lėtesni (santykinai – greičiai vis tiek siekia tūkstantį kilometrų per sekundę, kartais ir daugiau), bet masyvesni (masės pernašos sparta siekia šimtus ar net tūkstančius Saulės masių per metus) medžiagos srautai, judantys lauk iš galaktikos. Dar tie srautai dažnai yra šalti, ar bent jau turi daug šaltų dujų, nes stebimi jie yra per molekulių (pvz. anglies monoksido, vandenilio cianido) spektrines linijas. Tokios molekulės išyra, temperatūrai pakilus virš 10 tūkstančių laipsnių, taigi tėkmę sudarančios dujos turi būti šaltos. Panašių tėkmių yra aptikta keliose dešimtyse galaktikų; jų greičiausiai yra žymiai daugiau, bet šitie stebėjimai daromi ne taip seniai, kaip aktyvių branduolių vėjų stebėjimai, todėl ir duomenų yra mažiau.

Kaip susiję galaktikų vėjai (mažas mastelis, didelis greitis, aukšta temperatūra) ir tėkmės (didelis mastelis, mažesnis greitis, žema temperatūra)? Teorinis modelis, išvystytas per pastaruosius 12 metų, teigia, kad vėjas netrunka pasiekti tarpžvaigždines dujas galaktikoje, atsimuša į tas dujas ir išpučia burbulą, kurį matome kaip tėkmę. Priklausomai nuo to, kiek smarkiai burbulas išsipūtęs, jo vidus gali būti arba labai karštas (visa vėjo energija pereina į šiluminę), arba gana šaltas (vėjo energija greitai išspinduliuojama, aplinkinėms dujoms perduodamas tik vėjo judesio kiekis). Pastaruoju metu darosi vis aiškiau, kad antrasis atvejis praktikoje nėra labai reikšmingas, o pirmuoju atveju burbulo stumiamos dujos gali atvėsti ir suformuoti molekulinius debesis, kurie ir būtų matomi kaip tėkmės. Mūsų Paukščių Take esantys Fermi burbulai yra vienas tėkmės pavyzdys, tik šiuo atveju stumiamos dujos yra labai retos, todėl vėsta lėtai ir burbulus stebime rentgeno bei gama spindulių ruože. Kitų galaktikų tėkmės taip pat turėtų spinduliuoti šiek tiek rentgeno ir gama spindulių, bet ta spinduliuotė yra pernelyg menka, kad dabartiniais teleskopais pavyktų ją aptikti.

Visa tai, ką parašiau aukščiau, yra teoriniai išmąstymai. „Teoriniai“ šiuo atveju reiškia, kad „ne praktiniai“, o ne „it‘s only a theory“, kaip mėgsta sakyti visokie mokslo, ypač evoliucijos, neigėjai. Kad ir koks geras būtų modelis, patvirtinimas stebėjimais jį pakelia į daug aukštesnį lygmenį. Ir šitai buvo padaryta galaktikoje IRAS F11119+3257. Jau seniau šioje galaktikoje buvo aptikta šaltų dujų tėkmė, o dabar stebėjimai rentgeno spindulių ruože atskleidė ir vėjo egzistavimą. Vėjo savybės nustatytos panašiai, kaip ir pirmajame tyrime, t.y. iš smarkiai jonizuotos geležies sugerties linijų. Taigi pirmą kartą nustatyta, jog galaktikoje vienu metu egzistuoja ir aktyvaus branduolio vėjas, ir didelio mastelio tėkmė. Be to, tėkmės ir vėjo kinetinės energijos yra labai panašios – tai sustiprina išvadą, kad vėjas ir sukelia tėkmę. Ir dar maloniau yra tai, kad stebėjimų rezultatai puikiai atitinka teorijos prognozes (malonu, aišku, dėl to, kad prie teorijos vystymo ir pats esu prisidėjęs).

Tad štai – dvi naujienos, apie panašius dalykus, nors ir ne visai. Pirmoji patvirtino vieną iš aktyvių branduolių poveikio galaktikoms teorijos prielaidų, kad juodųjų skylių vėjai yra plačiakampiai, t.y. jų geometrija artima sferinei. Antroji patvirtino šios teorijos prognozes, kad vėjai sukelia tėkmes ir joms perduoda praktiškai visą savo energiją. Aišku, sakyti „patvirtino“ yra kiek per stipru, nes teorijos niekada nebūna iki galo patvirtinamos, ir šiaip čia tik pavienės galaktikos. Bet vis tiek šie teorinio modelio patikrinimai – jei taip vertintume stebėjimus – nerado klaidų modelyje, o tai yra geriausia, ko galima tikėtis mokslo progrese.

Laiqualasse