Чрезмерную активность черных дыр объяснили их слиянием

Иногда черная дыра вместо спокойного поглощения материи из аккреционного диска начинает выбрасывать мощные струи плазмы, разогнанные до околосветовых скоростей, и простирающиеся вверх и вниз от плоскости диска на десятки и сотни тысяч световых лет

Изображение: ESA / Hubble, L. Calçada (ESO)

Группа астрономов во главе с Марко Киаберге (Marco Chiaberge) из Института космического телескопа NASA нашла статистически надежную наблюдательную связь между слиянием галактик и активностью сверхмассивных черных дыр (СМЧД) в их центрах. Соответствующая работа вскоре будет опубликована в Astrophysical Journal, краткий пересказ ее содержания представлен на сайте Института.

Исследователи наблюдали три группы галактик: с релятивистскими струями (джетами), вылетающими из окрестностей дыры в галактическом ядре, с ядрами, активно светящимися в радиодиапазоне (что также предположительно вызывается активностью СМЧД), и обычные. Активные ядра галактик (АЯГ) изучали в оптическом диапазоне с помощью «Хаббла». Оказалось, что большинство таких галактик находится в процессе слияния со своими «коллегами». В свою очередь среди обычных галактик доля сливающихся галактик оказалась около 40 процентов. Но при этом никаких джетов или высокой яркости в радиодиапазоне у обычных галактик не наблюдалось.

Авторы работы так объясняют результаты: процесс слияния галактик - это довольно распространенное явление, не зависящее от наличия в центре скопления черной дыры. При этом для активных галактик наличие или отсутствие джета определяется процессом слияния этих самых дыр. Если СМЧД сливаются, то, как показывает компьютерное моделирование, это приводит к увеличению скорости вращения дыры. Часть энергии таким образом передается газу вокруг, и возникает джет.

Здесь группа Киаберге несколько расходится со взглядами других астрономов. Ранее считалось, что причинами возникновения струй является увеличение массы вещества, притянутого к себе черной дырой. При столкновении галактик плотность газа в результирующей галактике растет, что резко ускоряет приток газа к СМЧД. Согласно механизму Пенроуза, когда какое-то количество материи приближается черной дыре, часть ее падает внутрь, при этом другая выбрасывается в окружающее пространство. Причем энергия выброшенных частиц может быть выше исходной на величину до 20,7% – и заимствуется эта энергия у вращающейся черной дыры, скорость вращения которой в итоге постепенно снижается.

Однако если бы релятивистские джеты и радиоизлучение активных ядер галактик вызывались лишь усиленной подпиткой СМЧД газом, то и струи и свечение наблюдались бы в каждом случае слияния галактик – поскольку оно практически никак не может произойти без резкого притока газа к ядру.

Если же 40% обычных галактик, без струй и свечения, состоят из сливающихся, значит, один лишь газ не может быть в ответе за такие процессы. По мнению авторов работы, истинной причиной усиленного выброса части попадающей в СМЧД материи является слияние СМЧД в центре первой сливающейся галактики с СМЧД второй сливающейся галактики. Такое событие не всегда сопровождает слияние – иногда одна из черных дыр в результате гравитационного взаимодействия может быть выброшена из результирующей галактики. Но если оно все же случится, то скорость вращения итоговой объединенной черной дыры будет намного больше, чем у любой из предшественниц. Соответственно, она, по механизму Пенроуза, сможет передавать части падающей в нее материи намного больше энергии, чем если бы слияние не произошло и скорость вращения черной дыры осталась нормальной.

Следует отметить, что предположение авторов о том, что релятивистские струи возникают именно после слияния черных дыр до некоторой степени расходится с работой 2013 года, согласно которой релятивистские струи умеренной силы не ранее чем 2 миллиона лет назад выбрасывались из окрестностей Стрельца А*, СМЧД в центре нашей собственной Галактики. При этом на данный момент нет никаких указаний на то, что в тот период она испытывала слияние с другой СМЧД. Как, впрочем, нет и указаний на то, что сам Млечный Путь в этот период сливался с какой-либо другой галактикой.

Как отмечают ученые, для дальнейшего прояснения того, как именно слияние галактик провоцирует черные дыры на выброс струй, с околосветовой скоростью разлетающихся на сотни тысяч световых лет, требуются дополнительные наблюдения как в видимом, так и в радиодиапазоне.


Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.