Astro news

_ Недавно в центре далёких галактик обнаружены чёрные дыры, масса которых в ~10 млрд раз больше Солнца. Существовавшие ранее 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. 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. И этот галактический водоворот резко ограничивает пропускную способность аккреционного диска вокруг горизонта ЧД и накладывает серьёзные ограничения
на её аппетиты. Он практически вынуждает её поглощать окружающую материю через дозированный поток, вместо того чтобы спокойно захватывать её со скоростью, которую позволяет сверхмощная гравитация этих необычных образований ввиде меняющих пространственную ориентацию кольцевых потоков сильно разогретой материи.

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

На некоторое время в период активного захвата вещества
вокруг ЧД могут возникнуть два смещенных относительно плоскости вращения
аккреционных диска.

_ 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, вцелом может быть решён.

Но пока нельзя сказать, что всё ясно и в рамках этой новой модели. Из наблюдений очевидно, что лишь малая часть известных ЧД имеет массы в миллиарды Солнц, а большая их часть, тем не менее, примерно в тысячи раз легче.
Не очень понятно, почему лишь у двух известных СЧД образовывались и затем сталкивались два ( и более ) газовых кольца, а у большинства всё ограничивалось одним, и, следовательно, скорость поглощения 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.

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

_ 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 вещества, всегда может возникнуть теория о том, как они могли появиться на несколько миллиардов лет раньше, чем считалось.
Ведь многие эволюционные процессы в молодой вселенной ещё изучены недостаточно хорошо.

ссылки:
- science.compulenta.ru /669107
- vimeo.com /36273705
- astro.le.ac.uk/~cjn12/papers/twist.pdf

по теме:
- Символ бесконечности в центре Галактики удивил астрономов
- Обнаружена самая массивная черная дыра
- Обнаружены следы поглощения звезды чёрной дырой

- Учёные из США обнаружили самые массивные чёрные дыры Вселенной
- infuture.ru /article/5252