Тайна роста сверхмассивных черных дыр объяснена

Объединив передовые рентгеновские наблюдения с современными суперкомпьютерными симуляциями накопления галактик на протяжении космической истории, исследователи обеспечили лучшее на сегодняшний день моделирование роста сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в центрах галактик, сообщает «scitechdaily».

Используя этот гибридный подход, исследовательская группа во главе с астрономами из Университета штата Пенсильвания получила полную картину роста черных дыр за 12 миллиардов лет, с младенчества Вселенной, возраст которой составлял около 1,8 миллиарда лет, до настоящего времени, когда ей было около 13,8 миллиарда лет.

«Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик имеют массу в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца», - сказал Фан Цзоу, аспирант Университета штата Пенсильвания и первый автор статьи. «Как они становятся такими монстрами? Это вопрос, который астрономы изучали в течение десятилетий, но было трудно отследить все способы, которыми черные дыры могут надежно расти».

Сверхмассивные черные дыры растут через комбинацию двух основных каналов. Они потребляют холодный газ из своей галактики — процесс, называемый аккрецией — и могут сливаться с другими сверхмассивными черными дырами, когда галактики сталкиваются.

Чтобы отследить рост за счет слияний, команда использовала IllustrisTNG, набор суперкомпьютерных симуляций, которые моделируют формирование, эволюцию и слияние галактик с момента вскоре после Большого взрыва до настоящего времени.

«В нашем гибридном подходе мы объединяем наблюдаемый рост путем аккреции с симулированным ростом путем слияний, чтобы воспроизвести историю роста сверхмассивных черных дыр», — объяснили исследователи. «Мы считаем, что с помощью этого нового подхода мы создали наиболее реалистичную картину роста сверхмассивных черных дыр на сегодняшний день».

Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев аккреция доминировала в росте черных дыр. Слияния внесли заметный вторичный вклад, особенно за последние 5 миллиардов лет космического времени для самых массивных черных дыр. В целом, сверхмассивные черные дыры всех масс росли гораздо быстрее, когда Вселенная была моложе. Из-за этого общее количество сверхмассивных черных дыр почти иссякло 7 миллиардов лет назад, в то время как ранее во Вселенной появлялось множество новых.

«С помощью нашего подхода мы можем проследить, как центральные черные дыры в локальной Вселенной, скорее всего, росли в течение космического времени», — сказал Цзоу. «В качестве примера мы рассмотрели рост сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь, масса которой составляет 4 миллиона масс Солнца. Наши результаты показывают, что черная дыра нашей Галактики, скорее всего, выросла относительно поздно в космическом времени».