Похоже, секрет сверхбыстрого роста сверхмассивных чёрных дыр наконец-то разгадан.
То, как именно сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД) набирают массу, достигающую 20 млрд солнечных, волнует астрофизиков давно. Интерес учёных ещё более усилился, когда стало ясно, что чёрные дыры становились монстрами уже в первые миллиард–два лет после начала истории Вселенной.
Как же так? Ведь ЧД должны формироваться из звёзд, но при этом их масса может быть не больше десятков, в лучшем случае — сотен масс Солнца. Как они после этого добрались до миллионов и миллиардов? И почему некоторые из них и сегодня остаются «скромниками» вроде Стрельца А*, в то время как другие миллиарды лет назад достигли тысячекратно бóльших масс?..
Исследование астрономов, ведомых Крисом Никсоном (Chris Nixon) изКолорадского университета в Боулдере (США), предполагает, что главная причина неравномерности популяций ЧД, а также их необычно быстрого роста в целом ряде случаев, относящихся к ранней Вселенной, заключается в неординарной ситуации с образованием парных ЧД.
Когда две галактики сливаются (процессы такого рода начались более десятка миллиардов лет тому назад), две ЧД, бывшие в их центрах, сближаются друг с другом по спирали. При этом возникает необычная ситуация: устоявшиеся структуры ядер галактик взаимодействовали всегда только с одним центром мощнейшего притяжения в лице ЧД, а после формирования парной системы таких объектов стабильность в ядре нарушается. Вокруг пары выстраивается огромный аккреционный диск неупорядоченной формы, не имеющий нужной стабильности. В итоге он переживает периодические «обрушения», в ходе которых значительное количество вещества диска падает в ЧД быстрее, чем это может случиться в норме.
Поясним: обычно аккреционный диск, куда притягивается вещество, поглощаемое потом ЧД, является ограничителем скорости максимального поглощения. Чем-то вроде «дозера»: через него просто нельзя пропустить больше определённого объёма в единицу времени. Именно это обстоятельство не позволяло моделям роста ЧД показать нужный темп, который позволил бы сверхмассивным объектам такого рода появиться в первые миллиарды лет вселенской истории. Но, похоже, в каких-то условиях поглощение возможно и без «дозера», то есть совершенно в другом темпе. «Гравитационная тяга двойной ЧД может "пересилить" внутренние процессы в газовом диске, регулируемые давлением и вязкостью, — поясняет г-н Никсон. — Это позволяет разорвать газовые кольца, после чего они могут быть поглощены ЧД куда быстрее». С точки зрения любой ЧД из этой пары процесс может выглядеть примерно так:
По расчётам авторов работы, поглощение вещества «взахлёб» одно, без учёта всех прочих факторов, способно ускорить аккрецию на ЧД в 10 тыс. раз по сравнению с обычным вариантом, когда диск из газа не нарушен игрой гравитационных сил пары ЧД.
Что интересно, симуляция показала, что в ряде случаев (то есть редко) газ вместо поглощения будет выбрасываться ЧД в окружающее пространство, порождая ударные волны и инициируя тем самым коллапс протозвёздных облаков с последующим образованием из них звёзд и звёздных систем. Как полагает группа Криса Никсона, такие события должны выглядеть довольно ярко даже на больших расстояниях, и их следы можно попробовать поискать наблюдательно.
Нельзя сказать, что гипотезы о неустойчивости аккреционного диска в определённых условиях как важнейшем факторе сверхбыстрого роста СМЧД не высказывались. Но вот привязку такого события к образованию пары ЧД и расчёт его скорости следует признать заслугой именно этой работы: перед нами довольно простой и, по всей видимости, эффективный путь образования СМЧД-акселератов. Он позволяет понять не только то, почему некоторые объекты такого рода достигли монструозных масс ещё в ранней Вселенной, но и сравнительную скромность Стрельца А*: просто не все галактики часто сталкивались с формированиями равных размеров. Иногда, даже если столкновения и имели место, как это, возможно, происходило с нашим Млечным Путём и соседней туманностью Андромеды миллиарды лет назад, их скорости были слишком велики для слияния и образования соответствующей пары ЧД в центре, которая смогла бы породить титаническую ЧД в миллиарды солнечных масс.
Правда, исходя из этой модели, вероятность получить сверхгиганта в центре нашей Галактики ещё есть: через считанные миллиарды лет наше столкновение с туманностью Андромеды повторится. И тогда пара ЧД на долгое время резко повысит скорость своего роста, а образовавшийся после их последующего слияния гигант вполне сможет побороться за рекорд веса.
Препринт рассмотренного исследования можно полистать здесь.
Немає коментарів:
Дописати коментар
Примітка: лише член цього блогу може опублікувати коментар.