Астрономи мають відповідь на давню загадку астрофізики: чому зростання надмасивних чорних дір сьогодні значно повільніше, ніж у минулому? Дослідження з використанням рентгенівської обсерваторії Chandra NASA та інших рентгенівських телескопів показало, що надмасивні чорні діри не можуть поглинати матеріал так швидко, як вони робили це у віддаленому минулому.
Уповільнення росту після «космічного полудня»
Близько 10 млрд років тому настав період, який астрономи називають «космічним полуднем». Саме тоді зростання надмасивних чорних дір — об’єктів, маса яких у мільйони й навіть мільярди разів перевищує сонячну — досягло свого піка за всю історію Всесвіту. Однак відтоді й до наших днів науковці спостерігають значне уповільнення темпів їхнього росту.
Причина цього великого уповільнення довго залишалася загадкою. За допомогою нових рентгенівських даних та додаткових спостережень на інших довжинах хвиль науковці можуть перевірити різні ідеї та звузити варіанти відповіді.
Коли газ потрапляє до надмасивної чорної діри, він нагрівається й починає інтенсивно випромінювати, зокрема у рентгенівському діапазоні. Протягом десятиліть телескоп Chandra та інші рентгенівські обсерваторії фіксували уповільнення росту чорних дір, спостерігаючи за ними на різних відстанях у Всесвіті. Важливо, що чорні діри, які ростуть швидше, виробляють більше рентгенівських променів.
Аналізуючи спостереження близько 1,3 млн галактик та 8000 зростаючих надмасивних чорних дір за даними Chandra, XMM-Newton ЄКА та eROSITA (розширене рентгенівське обстеження з масивом телескопів, німецько-російська місія), команда змогла з’ясувати, чому відбувається це уповільнення чорних дір.
У цьому дослідженні науковці визначили яскравість і масу чорних дір, а також кількість галактик, що мають рентгенівські джерела, що свідчить про наявність у них зростаючих надмасивних чорних дір. Команда використала комбінацію оглядів — від неглибоких спостережень великих ділянок неба до надзвичайно глибоких досліджень невеликих областей. Такий підхід астрономи часто візуалізують як багаторівневу структуру, що нагадує весільний торт.
Шаруваті дані телескопа створюють картину
У спостереженнях XMM-Newton і eROSITA забезпечили середній і нижній рівні з більш широкими, але менш глибокими спостереженнями. Тим часом Chandra надала верхній рівень із глибокими спостереженнями на відносно невеликій області, що дозволило виявити більш тьмяні та віддалені чорні діри, що ростуть.
«Поєднуючи ці дані з різних рентгенівських телескопів, ми можемо створити кращу картину того, як ростуть ці чорні діри, ніж будь-який один телескоп міг би зробити самостійно, — сказав співавтор Фан Цзоу з Мічиганського університету. — Ми можемо дізнатися, чому за понад десять мільярдів років ріст надмасивних чорних дір перейшов від лихоманкового до спокійного темпу».
Можливі сценарії причин уповільнення зростання чорних дір
Команда провела тести трьох основних можливих сценаріїв, які наразі розглядаються як причини уповільнення зростання чорних дір. Ці варіанти були такими: чи може зниження темпів зростання чорних дір бути спричинене менш ефективними темпами поглинання або меншими типовими масами чорних дір, або меншою кількістю активно зростаючих чорних дір?
Проаналізувавши дані, що охоплюють мільярди років історії Всесвіту, науковці дійшли висновку: чим далі від епохи Великого вибуху, тим повільніше чорні діри поглинають матерію. Ця тенденція до сповільнення їхнього росту збережеться і надалі.
Ключова складність цього дослідження полягає в тому, що і масивніші чорні діри, і ті, що зростають швидше, випромінюють яскравіше у рентгенівському діапазоні. Щоб оцінити маси чорних дір і відокремити вплив цих двох чинників, дослідники використали спостереження на інших довжинах хвиль, зокрема в оптичному та інфрачервоному діапазонах.
За матеріалами phys.org
