В последние годы астрономические наблюдения показали, что уже в самой ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры были слишком массивны, чтобы какие-то известные и понятные механизмы могли «дорастить» их до столь больших размеров. Авторы новой научной работы попробовали решить парадокс, комбинируя разные способы роста этих объектов.
На протяжении десятков лет астрофизикам казалось, что ситуация со сверхмассивными черными дырами более-менее понятна. Сперва из коллапса массивной звезды возникает черная дыра звездных масс — не более десятков масс Солнца. Затем она поглощает газ и пыль, сливается с другими и в итоге образует сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центре практически каждой известной галактики и играют роль «центра притяжения», ускоряющего эволюцию галактик в целом.
Однако в последние годы слишком многие открытия перестали совмещаться с этой картиной. Оказалось, уже через 600 миллионов лет после Большого взрыва существовали сверхмассивные черные дыры в 1,6 миллиарда масс Солнца (на картинке выше). Никакие мыслимые скорости роста черных дыр звездной массы не позволяют им «потолстеть» в 100 миллионов раз всего за 600-700 миллионов лет.
Особенно усложняло проблему то, что в первые сотни миллионов лет во Вселенной (до конца «темной эпохи») даже звезды не могли возникать с высокой скоростью, что уж тут говорить о черных дырах — финальной стадии эволюции массивных светил. Усугубило ситуацию обнаружение и таких галактик, где на сверхмассивную черную дыру приходилась не одна тысячная массы всей галактики, а одна сотая, десятая или даже одна вторая. Совершенно непонятно, почему в одних галактиках черные дыры росли скромно, а в других поглощали до половины всей ее массы.
Теперь исследователи из Университета штата Пенсильвания (США) попробовали объединить наблюдения космического рентгеновского телескопа «Чандра» за 8000 черных дыр с суперкомпьютерным моделированием процессов роста черных дыр (известным как IllustrisTNG).
«Чандру» выбрали потому, что при быстрой аккреции материи черной дырой вещество в аккреционном диске начинает светиться в рентгеновском диапазоне. Одна из работ научной группы уже вышла, вторая еще не опубликована, но ее тезисы ученые представили на 244-м собрании Американского астрономического общества.
Авторы поставили себе целью выяснить, какой механизм роста сверхмассивных черных дыр — аккреция газа и пыли или слияние с другими черными дырами — основной. Для этого они заложили в систему моделирования данные от рентгеновского телескопа и затем смотрели, какие компьютерные симуляции совместимы с такими наблюдательными данными.
Выяснилось, что почти весь рост сверхмассивных черных дыр состоялся в очень древнюю эпоху. Семь миллиардов лет назад Вселенная имела примерно то же их число, что и сегодня. Причем к тому моменту наиболее массивные черные дыры уже набрали практически всю свою массу.
Самый активный рост таких дыр пришелся как раз на эпоху максимальной рентгеновской светимости их окрестностей — получается, основным источником массы было поглощение относительно холодного межзвездного газа в центральных областях их галактик. Слияния стали играть заметную роль только в последние пять миллиардов лет, когда основная эпоха роста явно осталась позади.
Это не значит, что слияния не были важны: для тех черных дыр, что «опоздали» к ключевой эпохе роста, они часто играют большую роль. Просто подобных черных дыр не столь много. Кстати, сверхмассивная дыра в центре Млечного Пути оказалась из относительно «отставших в развитии»: ее рост пришелся на сравнительно позднюю эпоху. Возможно, в этом причина того, что она достигла лишь четырех миллионов солнечных масс, а не миллиардов, как многие другие.
Хотя астрономы внесли ясность в наблюдаемую часть истории со сверхмассивными черными дырами, они не сняли главный вопрос. Как именно стали возможны многочисленные и очень массивные черные дыры в самой ранней Вселенной?
По информации https://naked-science.ru/article/astronomy/astronomy-razobralis-s-os
Обозрение "Terra & Comp".
