Астрономы возвращаются к изучению процессов питания сверхмассивных черных дыр

Чем больше мы изучаем Вселенную, тем более вероятно, что каждая галактика вращается вокруг космического колосса — сверхмассивной черной дыры.

Мы многого не знаем об этих гигантских объектах — включая вопиющий вопрос о том, как они становятся такими огромными, — но новые исследования могут помочь нам заполнить некоторые пробелы. Согласно новому радиообзору всех галактик в определенной области неба, каждая сверхмассивная черная дыра в ядре галактики пожирает материю, но по разному.

«Мы получаем все больше и больше указаний на то, что все галактики имеют в своих центрах чрезвычайно массивные черные дыры. Конечно, они, должно быть, выросли до своей нынешней массы», — сказал астроном Питер Бартель из Университета Гронингена в Нидерландах.

«Похоже, что благодаря нашим наблюдениям мы теперь видим процессы роста и медленно, но верно начинаем их понимать».

Существует забавный пробел в диапазоне масс черных дыр, который означает, что мы упускаем важную часть головоломки о том, как формируются и растут сверхмассивные черные дыры. Черные дыры звездной массы — те, которые образовались из коллапсирующего ядра массивной звезды – не превышали более чем в 142 раза массу Солнца.

С другой стороны, сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Вы могли подумать, что если бы сверхмассивные черные дыры выросли из звездных массивов, то было бы много дыр промежуточной массы, но таких не обнаруженно.

Один из способов выяснить это — изучить обнаруженные нами черные дыры, чтобы увидеть, может ли их поведение дать нам какие-либо подсказки; именно это и сделала группа астрономов во главе с Джеком Рэдклиффом из Университета Претории в Южной Африке.

В центре их внимания была область космоса, известная как GOODS-North, расположенная в созвездии Большой Медведицы. Эта область, является предметом обзора глубокого космоса телескопом Хаббл, хорошо изучена, но в основном в оптическом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах волн.

Рэдклифф и его команда провели анализ региона с использованием диапазона длин волн вплоть до рентгеновского, добавив к этому радионаблюдения с использованием интерферометрии.

Когда сверхмассивные черные дыры активно поглощают материал — пожирая газ и пыль из окружающего их пространства, — материал нагревается, светясь достаточно ярким электромагнитным излучением, чтобы его можно было увидеть на огромных расстояниях.

Во-первых, не все активные аккреции одинаковы. Это может показаться очевидным, и мы, безусловно, наблюдали аккрецию различных сверхмассивных черных дыр с разной скоростью, но данные все же полезны. Исследователи обнаружили, что некоторые активные сверхмассивные черные дыры поглощают материал намного быстрее, чем другие, а некоторые совсем не поглощают его.

Затем они исследовали наличие звездообразования, то есть области и периода интенсивного звездообразования, совпадающих с активностью ядер галактик.

Они обнаружили, что в некоторых галактиках наблюдается звездообразование, а в некоторых нет. Интересно, что продолжающаяся активность звездообразования может затруднить наблюдение за активным ядром галактики, и необходимо провести дополнительные исследования, чтобы лучше определить роль черной дыры.

Наконец, они изучили релятивистские джеты, которые могут стрелять из полюсов сверхмассивной черной дыры во время активной аккреции. Считается, что эти струи состоят из небольшой части материала, который направляется вдоль силовых линий магнитного поля из внутренней области аккреционного диска к полюсам черной дыры, где он выбрасывается в космос в виде струй ионизированной плазмы практически со скоростью света.

Мы не совсем уверены, как и почему образуются эти струи, и исследования команды показывают, что скорость аккреции материала не играет важной роли. Ученые обнаружили, что струи образуются лишь иногда, и не имеет значения, быстро или медленно черная дыра поглощает материю.

По словам исследователей, эта информация может помочь лучше изучить поведение и рост сверхмассивных черных дыр. И также показывает, что радиоастрономия может играть более значительную роль в исследованиях в будущем.

Это означает, что в будущем у нас будет более мощный набор инструментов, чтобы попытаться разгадать одну из самых интересных загадок черных дыр – откуда вообще взялись сверхмассивные черные дыры?

Исследования группы были опубликованы в двух статьях журнала Astronomy & Astrophysics. Их можно найти здесь и здесь.