|
Проследили рост черной дыры за 12 миллиардов лет
|
|
|
|
Объединив передовые рентгеновские наблюдения с ультрасовременным суперкомпьютерным моделированием формирования галактик на протяжении космической истории, исследователи обеспечили наилучшее на сегодняшний день моделирование роста сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в центрах галактик. Используя этот гибридный подход, исследовательская группа, возглавляемая астрономами из университета Пенсильвании, получила полную картину роста черных дыр за 12 миллиардов лет, начиная с зарождения Вселенной, когда ей было около 1,8 миллиарда лет, и заканчивая сегодняшним днем, когда ей 13,8 миллиарда лет. Исследование включает в себя две статьи, одна из которых опубликована в Astrophysical Journal, а другая, еще не опубликованная, будет представлена в тот же журнал. Результаты будут представлены на 244-м заседании Американского астрономического общества, которое пройдет с 9 по 13 июня в конференц-центре Monona Terrace в Мэдисоне, штат Висконсин.
|
|
|
|
"Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик в миллионы-миллиарды раз превышают массу Солнца", - сказал Фань Цзоу, аспирант Пенсильванского университета и первый автор статьи. "Как они становятся такими чудовищами? Этот вопрос астрономы изучали десятилетиями, но было трудно отследить все возможные пути роста черных дыр с достаточной степенью достоверности". Сверхмассивные черные дыры растут по двум основным каналам. Они поглощают холодный газ из своей галактики—хозяина — этот процесс называется аккрецией - и могут сливаться с другими сверхмассивными черными дырами при столкновении галактик. "В процессе поглощения газа из галактик, в которых они находятся, черные дыры излучают сильное рентгеновское излучение, и это является ключом к отслеживанию их роста путем аккреции", - сказал У. Нил Брандт, профессор астрономии и астрофизики, профессор физики в Пенсильванском университете и руководитель исследовательской группы. "Мы измерили рост, вызванный аккрецией, используя данные рентгеновской съемки неба, накопленные за более чем 20 лет с помощью трех самых мощных рентгеновских установок, когда-либо запущенных в космос".
|
|
|
Исследовательская группа использовала дополнительные данные рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра", многозеркальной рентгеновской миссии Европейского космического агентства "Ньютон" (XMM-Newton) и телескопа eROSITA Института внеземной физики имени Макса Планка. В общей сложности они измерили рост, вызванный аккрецией, в выборке из 1,3 миллиона галактик, которые содержали более 8000 быстро растущих черных дыр. "Все галактики и черные дыры в нашем образце очень хорошо охарактеризованы на разных длинах волн, благодаря превосходным измерениям в инфракрасном, оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах", - сказал Цзоу. "Это позволяет сделать надежные выводы, и данные показывают, что во все космические эпохи более массивные галактики быстрее увеличивали свои черные дыры за счет аккреции. Благодаря качеству данных мы смогли количественно оценить это важное явление намного лучше, чем в предыдущих работах".
|
|
|
|
Второй способ роста сверхмассивных черных дыр - это слияние, когда две сверхмассивные черные дыры сталкиваются и сливаются вместе, образуя единую, еще более массивную черную дыру. Чтобы отследить рост за счет слияний, команда использовала Illustrist, набор суперкомпьютерных симуляций, которые моделируют формирование, эволюцию и слияние галактик вскоре после Большого взрыва и до настоящего времени. "В нашем гибридном подходе мы объединяем наблюдаемый рост за счет аккреции с моделируемым ростом за счет слияний, чтобы воспроизвести историю роста сверхмассивных черных дыр", - сказал Брандт. "Мы считаем, что с помощью этого нового подхода мы получили наиболее реалистичную картину роста сверхмассивных черных дыр на сегодняшний день".
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев аккреция доминирует в росте черных дыр. Слияния внесли заметный вторичный вклад, особенно за последние 5 миллиардов лет космического времени для самых массивных черных дыр. В целом, сверхмассивные черные дыры всех масс росли гораздо быстрее, когда Вселенная была моложе. Из-за этого общее количество сверхмассивных черных дыр почти сократилось к 7 миллиардам лет назад, в то время как ранее во Вселенной продолжало появляться много новых. "С помощью нашего подхода мы можем отследить, как центральные черные дыры в локальной Вселенной, скорее всего, росли в течение космического времени", - сказал Цзоу. "В качестве примера мы рассмотрели рост сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь, масса которой составляет 4 миллиона солнечных масс. Наши результаты показывают, что черная дыра в нашей галактике, скорее всего, выросла относительно поздно по космическому времени".
|
|
|
|
Источник
|
