Масса сверхмассивных черных дыр превышает массу миллиона солнц, но их рост замедлился. Они росли гораздо быстрее, когда Вселенная была моложе.
Черные дыры — это замечательные астрономические объекты с такой сильной гравитацией , что ничто, даже свет, не может их покинуть. Самые гигантские из них, известные как «сверхмассивные» черные дыры, могут весить в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца.
Эти гиганты обычно живут в центрах галактик. Наша собственная галактика, Млечный Путь, также содержит в своем сердце сверхмассивную черную дыру.
Но как эти сверхмассивные черные дыры становятся сверхмассивными? Чтобы ответить на этот вопрос, команда астрофизиков заглянула назад во времени на 13,8 миллиарда лет истории Вселенной, чтобы отследить, как росли сверхмассивные черные дыры с самых первых дней до наших дней.
Ученые построили модель общей истории роста сверхмассивных черных дыр, охватывающую последние 12 миллиардов лет.
Сверхмассивные черные дыры растут в основном двумя способами. Они могут поглощать газ из своих родительских галактик в процессе, называемом аккрецией, а также могут сливаться друг с другом , когда сталкиваются две галактики.
Когда сверхмассивные черные дыры поглощают газ, они почти всегда испускают сильные рентгеновские лучи, тип высокоэнергетического света, невидимого невооруженным глазом.
Так как же свет, даже невидимые рентгеновские лучи, может вырваться из черных дыр? Строго говоря, свет исходит не от самих черных дыр, а от газа, находящегося за их пределами. Когда газ притягивается к черной дыре, он нагревается и светится, производя свет, как рентгеновские лучи. Чем больше газа потребляет сверхмассивная черная дыра, тем больше рентгеновских лучей она производит.
Благодаря данным, накопленным за более чем 20 лет с трех самых мощных рентгеновских установок, когда-либо запущенных в космос — Chandra , XMM-Newton и eROSITA — астрономы могут регистрировать рентгеновское излучение от большого количества аккрецирующих сверхмассивных черных дыр во Вселенной.
Эти данные позволяют оценить, насколько быстро растут сверхмассивные черные дыры, потребляя газ. В среднем сверхмассивная черная дыра может потреблять достаточно газа, чтобы составить массу Солнца в год, при этом точное значение зависит от различных факторов.
Помимо питания газом, сверхмассивные черные дыры могут также расти, сливаясь друг с другом и образуя единую, более массивную черную дыру при столкновении галактик.
Команда отследила эти два канала роста — потребление газа и слияния — с помощью рентгеновских лучей и моделирования на суперкомпьютере, а затем объединила их, чтобы построить общую историю роста, которая отображает рост черных дыр по всей Вселенной за миллиарды лет.
Наша история роста показала, что сверхмассивные черные дыры росли гораздо быстрее миллиарды лет назад, когда Вселенная была моложе.
В ранние времена во Вселенной было больше газа для потребления сверхмассивными черными дырами, и сверхмассивные черные дыры продолжали появляться. По мере старения Вселенной газ постепенно истощался, и рост сверхмассивных черных дыр замедлялся. Около 8 миллиардов лет назад количество сверхмассивных черных дыр стабилизировалось. С тех пор оно существенно не увеличивалось.
Это исследование помогло нам понять, как более 90% массы черных дыр накопилось за последние 12 миллиардов лет. Однако ученым все еще нужно исследовать, как они росли в очень ранней Вселенной, чтобы объяснить оставшиеся несколько процентов массы в черных дырах.