Изучение нескольких десятков галактик, находящихся в радиусе нескольких миллиардов световых лет от нашей собственной, позволило открыть несколько черных дыр, которые многократно превышают наши ожидания по поводу того, насколько большими они могут вырастать. Последнее исследование не только помогает нам лучше понять эволюцию этих загадочных астрофизических объектов, но и открывает для нас новые интересные вопросы. Например, каким образом черные дыры становятся настолько невероятно массивными?
Черные дыры, представляющие собой результат звездного коллапса, не нуждаются в представлении. Мы слышали о том, что они вызывают возмущения пространства-времени, наблюдали за их «отрыжкой» и даже, возможно, впервые в истории сможем увидеть своими глазами одну из них в этом году. Ученым очень интересны черные дыры, и на это есть вполне понятная причина.
«Что такое галактики? Это «кирпичики», объединяющиеся в общую картину Вселенной. И чтобы понять, как они формируются и эволюционируют, мы сперва должны понять, как работают черные дыры», — говорит физик Джулия Хлавачек-Ларрондо из Монреальского университета (Канада).
Не то чтобы черные дыры сами упрощали эту работу – весьма сложно разобраться в том, что невозможно (как нам кажется) увидеть напрямую. Поэтому астрофизики ищут иные зацепки, которые позволили бы копнуть глубже. Одно из направлений – поиск связи между массами черных дыр и галактик, в которых они находятся. Если бы у нас был простой способ, позволяющий сопоставить размер галактик с находящимися в их центрах черными дырами, то, по мнению ученых, это сэкономило бы нам кучу времени и усилий по исследованию как первых, так и вторых.
Поэтому Хлавачек-Ларрондо, объединив усилия с другими учеными из Канады, Испании и Великобритании, провела исследование 72 галактик, расположенных в радиусе 3,5 миллиарда световых лет от нас, в надежде прийти к какой-то общей формуле, которая могла бы упростить определение массы черных дыр в галактических центрах. О своих наблюдениях ученые поделились в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Для оценки размера самих черных дыр команда исследователей проводила анализ спектра рентгеновского излучения, вырывающегося из вихревых потоков раскаленного газа аккреционных дисков черных дыр, а затем сопоставляли цифры с общим уровнем яркости окружающей галактики.
Согласно довольно популярной гипотезе, чем больше сама галактика, тем больше может быть и сама черная дыра, находящаяся в ее центре, – но на практике все оказалось не так просто, как ожидалось.
«Мы обнаружили, что черные дыры могут быть гораздо больше предполагаемых уставных размеров», — прокомментировал ведущий автор исследования Мар Мезкуа из Института космических наук в Испании.
Вместо ожидаемой корреляции в массе и размере со своими галактиками некоторое число черных дыр продемонстрировало гораздо более быстрый рост и набор массы по сравнению с остальным окружающим их пространством. Оказалось, что около 40 процентов исследованных черных дыр обладают массой, в 10 и более миллиардов раз превосходящей массу Солнца. Здесь правда следует уточнить, что никаких рекордов по массе зафиксировано не было, и первенство по-прежнему принадлежит черной дыре галактики NGC 4889, чья масса эквивалентна 21 миллиарду солнечных масс. Кроме того, есть подозрения, что галактика S5 0014+81, расположенная в 12,1 миллиарда световых лет от нас, содержит настоящего монстра с массой около 40 миллиардов Солнц. Но тем не менее такое большое число сверхмассивных черных дыр заставило ученых задуматься о том, как они такими становятся.
Исследователи имеют два предположения на этот счет: либо эти черные дыры изначально появились очень большими, а затем в буквальном смысле притянули большую часть материи галактики вокруг себя, либо же в наших знаниях о том, как галактики производят черные дыры, имеются серьезные пробелы.
«Они такие большие, потому что сразу такими появились, или же в этом им помогли идеальные условия, позволявшие очень быстро расти в течение нескольких миллиардов лет? В настоящий момент мы не можем ответить на этот вопрос», — говорит Мезкуа.
Однако ответ на этот вопрос может содержаться в другом исследовании, опубликованном в крупнейшей онлайн-библиотеке научных работ arXiv.org и ожидающем проверки. В его ходе ученые изучили более 30 000 галактик, расположенных в радиусе 12,2 миллиарда световых лет, и обнаружили, что соотношение показателя роста черных дыр и темпов роста звезд ускорялось с ростом самих галактик, в которых находились исследуемые объекты. Другими словами, у галактик с большим количеством звезд черные дыры оказывались всегда «прожорливее».
Более обобщающим выводом из этих исследований является то, что связь между звездообразованием и черными дырами действительно имеется, и она очень запутанная. Безусловно, потребуется еще не один десяток исследований для того, чтобы лучше в ней разобраться. Но одна вещь становится понятной уже сейчас – без этих гигантов наша Вселенная выглядела бы совсем по-другому.