По словам исследователей, схема питания черных дыр дает представление об их размере. Новое исследование показало, что флуктуации яркости, наблюдаемые в активно аккрецирующих сверхмассивных черных дырах , связаны с их массой.
Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца и обычно располагаются в центрах массивных галактик . Когда они спят и не питаются газом и звездами вокруг них, СМЧД излучают очень мало света. Единственный способ, которым астрономы могут их обнаружить, — это если они оказывают гравитационное воздействие на звезды и газ в их окрестностях. Ученые говорят, что в ранней Вселенной, когда сверхмассивные ЧД быстро росли, активно питаясь или аккрецируя с материей с большой скоростью и испуская огромное количество радиации, они иногда затмевали всю галактику, в которой находятся.
Новое исследование, проведенное студентом-астрономом Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне Колином Берком и профессором Юэ Шеном, выявило тесную взаимосвязь между массой активно аккрецирующих сверхмассивных черных дыр и характерным временным масштабом в модели световых флуктуаций. Исследование опубликовано в журнале Science.
Наблюдаемый свет от аккреции сверхмассивных черных дыр не является постоянным. Из-за еще не изученных физических процессов он демонстрирует повсеместные колебания во времени в диапазоне от часов до десятилетий. По словам Берка, было проведено много исследований, в которых изучалась возможная связь наблюдаемых колебаний с массой сверхмассивной черной дыры, но результаты были неубедительными, а иногда и противоречивыми .
Команда собрала большой набор данных, активно накапливающих SMBH, чтобы исследовать изменчивость модели колебаний. Они определили характерную временную шкалу, в которой эта закономерность меняется, что тесно коррелирует с массой сверхмассивной ЧД. Затем исследователи сравнили результаты с аккрецирующими белыми карликами , остатками таких звезд, как Солнце, и обнаружили, что такое же соотношение времени и массы сохраняется, даже несмотря на то, что белые карлики в миллионы или миллиарды раз менее массивны, чем сверхмассивные ЧД.
Ученые говорят, что мерцание свечения — это флуктуация в процессе питания черной дыры. Астрономы могут оценить этот образец мерцания, измерив силу вариации как функцию времени. В случае аккреции сверхмассивных черных дыр характер изменения соответствует характерному временному масштабу, который больше для более массивных черных дыр.
Эти результаты предполагают, что процессы, вызывающие колебания яркости во время аккреции, универсальны, независимо от того, является ли центральный объект сверхмассивной черной дырой или гораздо более легким белым карликом , сказал Шен.
Твердое установление взаимосвязи между наблюдаемыми колебаниями яркости и фундаментальными свойствами аккреции, безусловно, поможет нам лучше понять процессы аккреции , — сказал Ян-Фей Цзян, ученые из Института Флэтайрон и соавтор исследования.
Астрофизические черные дыры бывают самых разных масс и размеров. Между популяцией черных дыр звездной массы , масса которых меньше массы Солнца в несколько десятков раз, и сверхмассивными черными дырами находится популяция черных дыр, известных как черные дыры промежуточной массы (ЧДПМ) , которые весят от 100 до 100 000 раз больше массы Солнца. .
IMBH, по-видимому, производился в больших количествах на протяжении всей истории Вселенной и может дать семена, необходимые для последующего преобразования в SMBH. Однако, по наблюдениям, эта популяция IMBH удивительно неуловима. Существует только одна бесспорная IMBH, масса которой примерно в 150 раз больше массы Солнца. Однако черная дыра промежуточной массы была случайно обнаружена благодаря излучению гравитационных волн от слияния двух черных дыр меньшего размера.
Астрономы всего мира ждут официального начала эры массовых съемок динамичного и меняющегося неба. Обсерватория Веры С. Рубин в Чили в рамках проекта Legacy Survey of Space and Time будет изучать все небо в течение десятилетия и собирать данные об флуктуациях яркости для миллиардов объектов, начиная с конца 2023 года.
Извлечение данных LSST для поиска флуктуирующих моделей, которые следуют за аккрециями IMBH, может открыть и полностью понять эту долгожданную загадочную популяцию черных дыр, сказал соавтор статьи Синь Лю, профессор астрономии в Университете Иллинойса.