Большинство галактик имеют сверхмассивную черную дыру в центре. Некоторые из них активно питаются газом и пылью вокруг себя. Они выбрасывают лишнюю энергию в виде потоков, видимых как квазары по всей наблюдаемой Вселенной. Новое исследование, проведенное астрономами из Центра Космического Рассвета (Cosmic Dawn Center), проверило этот процесс с использованием новых методов — и результаты могут изменить то, как мы думаем о питании этих космических бегемотов.
Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик в миллионы и даже миллиарды раз массивнее нашего Солнца. Из-за сильной гравитации они способны поглощать огромное количество газа, пыли и, возможно, даже звезд, находящихся поблизости.
Физика говорит нам, что этот материал имеет тенденцию образовывать диск, когда он притягивается к черной дыре в результате явления, называемого аккрецией. Аккреционные диски — одни из самых неинтересных агрессивных мест в известной Вселенной, скорость которых приближается к скорости света, а температура значительно превышает температуру поверхности нашего Солнца. Это тепло производит излучение, которое мы воспринимаем как свет, но преобразование тепла в свет настолько эффективно — примерно в 30 раз эффективнее, чем ядерный синтез — что физики не совсем понимают, как это происходит.
Голодные космические бегемоты
Существует множество способов питания черных дыр. Некоторые, как в нашей собственной галактике , не очень голодны и, кажется, не имеют аккреционных дисков. Однако мы видим и другие галактики, в которых сверхмассивные черные дыры имеют чрезвычайно горячие аккреционные диски, настолько яркие, что они затмевают звезды в своих галактиках.
Только недавно мы получили первое изображение аккреционного диска с Телескопа Горизонта Событий , всемирной сети радиотелескопов . Однако этот аккреционный диск принадлежит очень близкой галактике. Мы не можем повторить этот эксперимент с более далекими галактиками, потому что диски просто слишком малы и неузнаваемы даже для самых больших телескопов.
Изменчивость — ключ к успеху. К счастью, другой метод изучения размера и структуры далеких аккреционных дисков кажется многообещающим: хотя мы не можем различать отдельные компоненты диска, мы можем видеть, как его интенсивность изменяется во времени. Изучая изменения блеска дисков, мы можем составить картину аккреционных дисков даже самых далеких галактик.
Именно это и сделал аспирант DAWN Джон Уивер, проанализировав прошлые наблюдения более 9000 галактик с яркими аккреционными дисками — так называемыми Квазары — по данным Sloan Digital Sky Survey .
Когда источник не может быть отделен, наблюдаемый свет от аккреционного диска будет «загрязнен» светом от галактики, в которой находится черная дыра. Этот нежелательный свет от галактики-хозяина в значительной степени игнорировался предыдущими исследованиями. Однако, применив новую модель изменения света квазара, Джон Уивер и его коллега Кит Хорн, проф. астрономия в церкви св. Эндрюс, смогли отделить свет аккреционного диска от света родительской галактики.
Другими словами, эта модель позволила им увидеть свет от аккреционного диска более непосредственно вокруг сверхмассивных черных дыр, даже в галактиках, удаленных на миллиарды световых лет .
Затененные пылью,
Уивер и Хорн обнаружили, что космическая пыль возле аккреционного диска, вероятно, блокирует их обзор. Используя несколько различных моделей космической пыли для учета и устранения эффекта затемнения, они смогли определить, насколько горячим является аккреционный диск как вблизи, так и вдали от черной дыры на краях диска.
Эта разница температур между горячим внутренним диском и холодным внешним диском была предсказана теоретически. Однако наблюдательные наблюдения Уивера и Хорна показали совершенно иную картину температуры диска: вблизи черной дыры диски оказались еще более горячими, чем предсказывалось. Эти неожиданные результаты были опубликованы 1 февраля 2022 года в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества и предполагают, что их предположения и теоретические модели необходимо пересмотреть — с разветвлениями для нашего понимания сверхмассивных черных дыр.
Нам не только предстоит узнать больше о сверхмассивных черных дырах, но и изменения в огромном количестве вещества, которое они аккрецируют, являются прекрасным доказательством того, что наша Вселенная гораздо более динамична, чем можно было бы ожидать от статичного ночного неба.
