Чорні діри – це дивовижні астрономічні об’єкти з настільки сильною гравітацією, що ніщо, навіть світло, не може уникнути їх. Найбільш гігантські з них, відомі як «надмасивні» чорні діри, можуть важити в мільйони та мільярди разів більше маси Сонця.
Ці гіганти зазвичай живуть у центрах галактик. Наша галактика, Чумацький Шлях, також містить надмасивну чорну діру у своєму серці.
Отже, як ці надмасивні чорні діри стають надмасивними? Щоб відповісти на це питання, команда астрономів зазирнула в минуле, в 13,8-мільярдну історію Всесвіту, щоб простежити, як надмасивні чорні діри зростали від найперших днів до наших днів.
Надмасивні чорні діри ростуть переважно двома шляхами. Вони можуть поглинати газ з галактик-господарів у процесі, який називається акреція, а також можуть зливатися одна з одною при зіткненні двох галактик.
Коли надмасивні чорні діри поглинають газ, вони майже завжди випромінюють сильне рентгенівське випромінювання – вид високоенергетичного світла, невидимого неозброєним оком. Ви, напевно, чули про рентгенівські промені у стоматолога, де їх іноді використовують для обстеження зубів. Рентгенівське випромінювання, яке використовують астрономи, зазвичай має нижчу енергію, ніж медичне рентгенівське випромінювання.
Тож як будь-яке світло, навіть невидиме рентгенівське проміння, може вирватися з чорних дір? Строго кажучи, світло виходить не від самих чорних дір, а від газу, що знаходиться ззовні. Коли газ притягується до чорної діри, він нагрівається і випромінює світло, подібне до рентгенівських променів. Чим більше газу споживає надмасивна чорна діра, тим більше рентгенівського випромінювання вона виробляє.
Завдяки даним, накопиченим за понад 20 років з трьох найпотужніших рентгенівських установок, коли-небудь запущених у космос – Chandra, XMM-Newton і eROSITA – астрономи можуть вловлювати рентгенівське випромінювання від великої кількості надмасивних чорних дір у Всесвіті, що акреціюються.
Ці дані дозволяють дослідницькій групі оцінити, як швидко надмасивні чорні діри ростуть, споживаючи газ. В середньому, надмасивна чорна діра може споживати достатньо газу, щоб скласти приблизно масу Сонця щороку, причому точне значення залежить від різних факторів.
Наприклад, дані показують, що швидкість росту чорної діри, усереднена за мільйони років, тісно пов’язана з масою всіх зірок у галактиці, яка її приймає. Крім живлення газом, надмасивні чорні діри можуть також рости, зливаючись одна з одною, утворюючи одну, більш масивну чорну діру при зіткненні галактик.
Суперкомп’ютерні космологічні симуляції можуть передбачити, як часто відбуваються ці події. Ці симуляції мають на меті змоделювати, як всесвіт зростає і розвивається з часом. Незліченні галактики, що пролітають крізь космос, схожі на цеглинки, з яких будується всесвіт.
Ці симуляції показують, що галактики та надмасивні чорні діри, які вони містять, можуть зазнавати численних злиттів протягом космічної історії.
Команда відстежила ці два канали зростання – споживання газу і злиття – за допомогою рентгенівських променів і суперкомп’ютерних симуляцій, а потім об’єднала їх, щоб побудувати загальну історію зростання, яка відображає зростання чорних дір у Всесвіті протягом мільярдів років.
На початку свого існування всесвіт містив більше газу, який надмасивні чорні діри могли споживати, і надмасивні чорні діри продовжували з’являтися. З віком всесвіту газ поступово вичерпувався, і зростання надмасивних чорних дір сповільнилося. Близько 8 млрд років тому кількість надмасивних чорних дір стабілізувалася. Відтоді вона суттєво не збільшувалась.
Коли надмасивним чорним дірам не вистачає газу, щоб рости шляхом акреції, єдиний спосіб для них збільшуватись – це злиття. Ми бачили не так вже й багато таких випадків за всю історію нашого зростання. В середньому, наймасивніші чорні діри можуть накопичувати масу від злиття зі швидкістю до маси Сонця кожні кілька десятиліть.
Це дослідження допомогло нам зрозуміти, як понад 90% маси чорних дір накопичилось за останні 12 млрд років.
Однак нам все ще потрібно дослідити, як вони зростали в дуже ранньому всесвіті, щоб пояснити решту кількох відсотків маси чорних дір. Астрономічна спільнота починає досягати прогресу в дослідженні цих ранніх надмасивних чорних дір, і ми сподіваємось, що незабаром знайдемо більше відповідей.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: