Учёные узнали, как сверхмассивные чёрные дыры росли на протяжении 12 млрд лет

Группа учёных из Государственного университета Пенсильвании провела глобальный анализ динамики роста сверхмассивных чёрных дыр. Данные брались из показаний рентгеновских обсерваторий и моделирования. Работа позволила проследить за тем, как сверхмассивные чёрные дыры набирали примерно 90 % своей массы за последние 12 млрд лет. Набор первоначальных 10 % массы остался тайной времён юной Вселенной, разгадать которую ещё предстоит.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Сверхмассивные чёрные дыры (СЧД) с массой более одного миллиона солнечных в основном растут за счёт двух процессов: аккреции вещества (его падения на чёрную дыру) и слияния с другими чёрными дырами. О скорости и интенсивности аккреции, которая предсказуемо увеличивает массу СЧД, можно напрямую судить по интенсивности рентгеновского излучения от этих объектов. Разогретый газ во внутренней зоне аккреционного диска попадает также на полюса СЧД, где его энергия выплёскивается вместе со струёй вещества (в джете). В рентгене это всё отлично отображается и измеряется космическими рентгеновскими обсерваториями. Рассчитать скорость набора массы по этим данным не составит труда, и в среднем она составляет одну солнечную массу в год.

Слияния чёрных дыр более сложный процесс для измерения динамики питания СЧД. Но у учёных есть наблюдения, что обычно происходит при слияниях двух и более галактик с СЧД в центрах каждой из них. Если подключить к вычислениям статистику, то моделирование даст более-менее точную оценку роста СЧД от процессов слияния. Согласно полученным данным, этот процесс соответствует приросту массы СЧД на одну солнечную каждые несколько десятилетий.

Описанные процессы набора массы сверхмассивными чёрными дырами объясняют набор лишь 90 % массы каждой из них, что произошло за последние 12 млрд лет. За оставшиеся 1,8 млрд лет после Большого взрыва у нас нет данных, как будущие СЧД смогли набрать 10 % своей массы. Это ещё предстоит выяснить, с чем сейчас, например, помогает разбираться инфракрасная обсерватория «Джеймс Уэбб». Также интересно отметить, что СЧД перестали расти примерно 8 млрд лет назад. Похоже, необходимый для их питания газ к тому времени был в основном поглощён, а процессы слияния замедлились из-за расширяющейся Вселенной.