|
Рост черных дыр замедлился по мере старения Вселенной
|
|
|
|
Черные дыры - замечательные астрономические объекты, обладающие настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может их избежать. Самые гигантские из них, известные как "сверхмассивные" черные дыры, могут весить от миллионов до миллиардов масс Солнца.
|
|
|
|
Эти гиганты обычно находятся в центрах галактик. В центре нашей галактики, Млечного Пути, также находится сверхмассивная черная дыра.
|
|
|
|
Итак, как же эти сверхмассивные черные дыры становятся сверхмассивными? Чтобы ответить на этот вопрос, наша команда астрофизиков заглянула в прошлое на протяжении 13,8 миллиардов лет истории Вселенной и проследила, как росли сверхмассивные черные дыры с первых дней до сегодняшнего дня.
|
|
|
|
Мы построили модель общей истории роста сверхмассивных черных дыр, охватывающую последние 12 миллиардов лет.
|
|
Как растут сверхмассивные черные дыры?
|
|
|
|
Сверхмассивные черные дыры растут в основном двумя способами. Они могут поглощать газ из своих галактик-хозяев в процессе, называемом аккрецией, а также могут сливаться друг с другом при столкновении двух галактик.
|
|
|
Когда сверхмассивные черные дыры поглощают газ, они почти всегда испускают мощное рентгеновское излучение - вид света высокой энергии, невидимый невооруженным глазом. Вы, наверное, слышали о рентгеновских лучах у стоматолога, где их иногда используют для осмотра зубов. Рентгеновские лучи, используемые астрономами, как правило, обладают более низкой энергией, чем медицинские рентгеновские лучи.
|
|
|
|
Так как же может любой свет, даже невидимые рентгеновские лучи, выходить из черных дыр? Строго говоря, свет исходит не от самих черных дыр, а от газа, находящегося непосредственно за их пределами. Когда газ притягивается к черной дыре, он нагревается и излучает свет, похожий на рентгеновские лучи. Чем больше газа потребляет сверхмассивная черная дыра, тем больше рентгеновских лучей она производит.
|
|
|
|
Благодаря данным, собранным за более чем 20 лет с трех самых мощных рентгеновских установок, когда-либо запущенных в космос — Chandra, XMM-Newton и eROSITA, — астрономы могут получать рентгеновские лучи от большого количества аккрецирующих сверхмассивных черных дыр во Вселенной.
|
|
|
|
Эти данные позволяют нашей исследовательской группе оценить, насколько быстро сверхмассивные черные дыры растут, потребляя газ. В среднем, сверхмассивная черная дыра может потреблять столько газа, что его масса составляет примерно массу Солнца, причем точное значение зависит от различных факторов.
|
|
|
|
Например, данные показывают, что скорость роста черной дыры, усредненная за миллионы лет, тесно связана с массой всех звезд в галактике, в которой она находится.
|
|
|
|
Как часто происходит слияние сверхмассивных черных дыр?
|
|
|
|
Помимо питания газом, сверхмассивные черные дыры могут также расти, сливаясь друг с другом и образуя единую, более массивную черную дыру при столкновении галактик.
|
|
|
|
Космологическое моделирование на суперкомпьютере может предсказать, как часто происходят эти события. Цель этого моделирования - смоделировать рост и эволюцию Вселенной с течением времени. Бесчисленные галактики, летящие в космосе, подобны кирпичикам, из которых строится Вселенная.
|
|
|
|
Эти расчеты показывают, что галактики и находящиеся в них сверхмассивные черные дыры могут подвергаться многократным слияниям на протяжении всей космической истории.
|
|
|
|
Наша команда проследила за этими двумя каналами роста — потреблением газа и слияниями — с помощью рентгеновских лучей и суперкомпьютерного моделирования, а затем объединила их, чтобы построить общую историю роста, которая отображает рост черных дыр по всей Вселенной на протяжении миллиардов лет.
|
|
|
|
Наша история роста показала, что миллиарды лет назад, когда Вселенная была моложе, сверхмассивные черные дыры росли гораздо быстрее.
|
|
|
|
Когда-то во Вселенной было больше газа, который могли поглощать сверхмассивные черные дыры, и сверхмассивные черные дыры продолжали появляться. По мере старения Вселенной запасы газа постепенно истощались, а рост сверхмассивных черных дыр замедлялся. Около 8 миллиардов лет назад количество сверхмассивных черных дыр стабилизировалось. С тех пор оно существенно не увеличилось.
|
|
|
|
Когда сверхмассивным черным дырам не хватает газа для роста за счет аккреции, единственный способ увеличить их размеры - это слияние. В нашей истории роста таких случаев было не так уж много. В среднем самые массивные черные дыры могут накапливать массу в результате слияния со скоростью, равной массе Солнца, каждые несколько десятилетий.
|
|
|
|
Это исследование помогло нам понять, как более 90% массы черных дыр накопилось за последние 12 миллиардов лет.
|
|
|
|
Однако нам все еще необходимо исследовать, как они росли в очень ранней Вселенной, чтобы объяснить оставшиеся несколько процентов массы черных дыр. Астрономическое сообщество начинает продвигаться вперед в изучении этих ранних сверхмассивных черных дыр, и мы надеемся вскоре найти больше ответов.
|
|
|
|
Источник
|
