Недавно открытые чёрные дыры весят в 10 млрд раз больше нашего Солнца. Новое теоретическое моделирование, проведённое английскими и австралийскими астрономами, показывает, что подобный рост вполне мог произойти при формировании и последующем столкновении двух аккреционных дисков.

Недавно обнаруженные в центре далёких галактик чёрные дыры весят в 10 млрд раз больше нашего Солнца. Существовавшие теории формирования чёрных дыр исключали возможность приобретения ими такого веса за всю историю Вселенной. Новое теоретическое моделирование, проведённое британскими и австралийскими астрономами, показывает, что подобный рост вполне мог иметь место при формировании и последующем столкновении двух аккреционных дисков (см. видео).

Исследовательская группа из Лестерского университета (Великобритания) и Университета Монаша (Австралия) разработала новую теорию роста сверхмассивных чёрных дыр (СЧД). Напомним: после обнаружения в центре новооткрытых галактик NGC 3842 и NGC 4889 СЧД в астрофизике случился некоторый кризис взглядов на формирование этих необычных объектов. До того считалось, что вокруг ЧД из притягиваемого к ним газа образуется что-то вроде водоворота, то есть аккреционный диск. Материя в нём разгоняется до больших скоростей, уносясь к горизонту событий ЧД. На этих скоростях от трения атомов и молекул друг о друга и высочайшей плотности начинается аккреция, при которой выделяется огромная энергия, а газ в диске нагревается до такой высокой температуры, что начинает излучать в рентгеновском диапазоне.

Эта схема формирования и роста легко объясняла наблюдавшиеся прежде СЧД вроде той, что находится в центре нашего Млечного пути (Стрелец А*), масса которой всего 4 млн масс Солнца. Проблема в том, что аккреционный диск вращается вокруг ЧД, и чем крупнее дыра, чем сильнее она притягивает к себе межзвёздный материал, тем больше скорость вращения аккреционного диска вокруг самой дыры. Но центробежное вращение означает, что просто провалиться за горизонт событий у межзвёздного газа не получится: центробежные силы увлекают его прочь, и хотя когда-нибудь он упадёт в ЧД, произойдёт это значительно позже, чем если бы диска не было вовсе. Иными словами, этот галактический Мальстрём резко ограничивает «пропускную способность» горизонта событий ЧД и накладывает серьёзные ограничения на её аппетиты. Да что там ограничения! Он практически принуждает её пожирать окружающую материю через трубочку, вместо того чтобы спокойно захватывать её с той скоростью, которую позволяет сверхмощная гравитация этих необычных образований.

На короткое время вокруг чёрной дыры могут возникнуть два аккреционных диска. (Здесь и ниже изображения Лестерского университета.)

Так вот, авторы этого исследования опробовали теоретическую модель, которая ещё не обсуждалась научным сообществом: речь идёт о двух аккреционных дисках, формирующихся под разными углами относительно породившей их ЧД.

Компьютерное моделирование такого сценария показало совершенно необычные результаты. Два газовых диска, вращающихся под разными углами, при наборе необходимой массы и размеров неизбежно сталкиваются между собой в течение весьма короткого промежутка времени. При этом они разрушаются, и на границе горизонта событий воцаряется полный хаос. Потоки газа в компьютерной модели после этого события стали двигаться неописуемым образом, принимать неописуемые же формы, при этом они потеряли свою огромную скорость вращения вокруг ЧД, и весьма значительная часть газа стала проваливаться за горизонт событий с тысячекратно большей скоростью, чем в присутствии одного упорядоченного газового диска.

«Если в цирковом шоу два мотоциклиста внутри тесного шара из прутьев столкнутся, то они потеряют ту центробежную силу, которая прижимает колёса их мотоциклов к стенкам, и упадут», — поясняет проведённое моделирование Эндрю Кинг, профессор факультета физики и астрономии Лестерского университета.

Итак, вопрос формирования СЧД, кажется, решён:

Но нельзя сказать, что нам всё ясно и в рамках новой модели. Из наблюдений очевидно, что лишь малая часть известных ЧД имеет массы в миллиарды Солнц; большая часть в тысячи раз легче. Не очень понятно, почему лишь у двух известных СЧД образовывались (и неизбежно затем сталкивались) два (и более) газовых кольца, а у большинства всё ограничивалось одним, и, следовательно, скорость пожирания ими окружающей материи была гораздо умереннее. Учёные предполагают, что те ЧД, которые возникли ещё в молодой Вселенной, где средняя плотность вещества была значительно выше, могли успеть притянуть к себе слишком много материи на ранней стадии развития, после чего формирование у них двух газовых дисков одновременно становилось неизбежностью.

Другой вопрос, что сам механизм формирования большой неквантовой ЧД, казалось бы, препятствует их образованию в ранней Вселенной — ибо две нейтронные звезды и прочая необходимая атрибутика просто не должны успеть образоваться до эпохи массированного появления звёзд поздних популяций. Нет ясности и с тем, может ли хаотическое движение газа из двух разных дисков привести к возникновению релятивистской струи.

...Но при пересечении друг друга они распадутся, и составляющий их газ начнёт хаотично падать в ЧД.

Впрочем, за теорией, описывающей, как ЧД добиваются сверхбыстрого пожирания окружающего мира, всегда может возникнуть теория о том, как они могли появиться на несколько миллиардов лет раньше, чем считалось...

Подготовлено по материалам Лестерского университета.

Комментарии (1):

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.