Астрономы объяснили невозможно быстрый рост черных дыр в юной Вселенной

ТАСС, 16 октября. Наблюдения за центром галактики NGC 1068 помогли астрофизикам раскрыть механизм, который объясняет то, как первые черные дыры Вселенной росли со скоростью, "нарушающей" все возможные теоретические пределы. Астрономы описали этот механизм в статье для научного журнала Astrophysical Journal Letters.

"Мы не ожидали, что черную дыру окружает не один, а два кольца из газа и пыли, которые вращаются в противоположных направлениях. Такие структуры нестабильны. Это означает, что они "упадут" на нее быстрее, чем одиночный диск. Это объясняет, как подобные объекты могли быстро расти в далеком прошлом", - прокомментировала пресс-службе Национальной радиоастрономической обсерватории США (NRAO) один из авторов работы, Вьолетте Импеллиццери.

Почти все ученые считают, что в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая непрерывно поглощает раскаленный газ и пыль из окружающего ее «бублика» из пыли и газа. Часть этой материи черная дыра выбрасывает в виде тонких пучков газа, разогнанных почти до скорости света. Эти структуры, так называемые джеты, выделяют огромные количества рентгеновских и гамма-лучей, а также тепла.

По мнению астрономов, существование этих выбросов связано с тем, что черные дыры не могут поглощать материю в неограниченных количествах. Существует некая граница, которую ученые называют "пределом Эддингтона". Достигнув этого предела, материя начинает скапливаться в окрестностях черной дыры. Она сбивается в так называемый аккреционный диск, своеобразный горячий "бублик" из раскаленного газа, где частицы материи постоянно трутся друг об друга, разогреваются до сверхвысоких температур. В некоторых случаях черная дыра выбрасывает их в космос.

Этот процесс, как считали исследователи, должен служить главным ограничителем роста сверхмассивных черных дыр, однако недавно они нашли множество намеков на то, что это не всегда было так. В частности, "Хаббл" и другие космические обсерватории открыли десятки гигантских черных дыр в первых галактиках Вселенной, которые набрали массу в несколько миллиардов Солнц за невозможно короткое время.

Космические "обжоры"

Это заставило ученых заново задуматься о том, как подобные объекты рождаются и как они могут расти. В частности, многие космологи и астрофизики предполагают, что сверхмассивные черные дыры возникают в результате прямого коллапса гигантских облаков из газа, чья масса в десятки тысяч раз выше, чем у Солнца, или слияния так называемых черных дыр промежуточной массы.

Импеллиццери и ее коллеги нашли другое объяснение этому феномену. Они наблюдали за спиральной галактикой NGC 1068, которая расположена в созвездии Кита в 47 млн световых лет от Земли. Относительно небольшое расстояние до этого объекта позволило ученым не только детально рассмотреть ее центр, но и увидеть аккреционный диск при помощи европейского микроволнового телескопа ALMA.

Эти наблюдения принесли большой сюрприз: отслеживая перемещения молекул циановой кислоты, ученые открыли не один, а сразу два диска аккреции, вращавшихся в противоположных направлениях. Первый находился на расстоянии в две астрономических единицы (а.е., средних дистанции между Землей и Солнцем) от горизонта событий, а второй - в четырех а.е. от черной дыры. Ближний диск расположен заметно меньше дальнего, но при этом они почти касаются друг друга из-за небольшого расстояния между ними.

Что именно породило их, ученые пока не могут точно сказать, однако предполагают, что второй диск мог возникнуть после того, как NGC 1068 "съела" одну из спутниковых карликовых галактик, газ в которой вращался вокруг центра в противоположную сторону.

Как показывают расчеты исследователей, в ближайшие 30 тысяч лет оба диска потеряют стабильность и столкнутся, что приведет к тому, что поток материи, который движется в сторону черной дыры, резко усилится. Как шутят ученые, они жалеют, что не доживут до этого момента и не смогут увидеть этот грандиозный космический фейерверк. Вполне возможно, что подобные вспышки были главным механизмом ускоренного роста черных дыр в первые дни жизни Вселенной, когда галактики сталкивались гораздо чаще, чем сегодня.