Астрономы имеют ответ на давнюю загадку астрофизики: почему рост сверхмассивных черных дыр сегодня гораздо медленнее, чем в прошлом? Исследование с использованием рентгеновской обсерватории Chandra NASA и других рентгеновских телескопов показало, что сверхмассивные черные дыры не могут поглощать материал так быстро, как они делали это в отдаленном прошлом.
Замедление роста после «космического полудня»
Около 10 млрд лет назад наступил период, который астрономы называют «космическим полднем». Именно тогда рост сверхмассивных черных дыр — объектов, масса которых в миллионы и даже миллиарды раз превышает массу Солнца — достиг своего пика за всю историю Вселенной. Однако с тех пор и до наших дней ученые наблюдают значительное замедление темпов их роста.
Причина этого замедления долгое время оставалась загадкой. С помощью новых рентгеновских данных и дополнительных наблюдений на других длинах волн, ученые могут проверить различные идеи и сузить варианты ответа.
Когда газ попадает в сверхмассивную черную дыру, он нагревается и начинает интенсивно излучать, в частности в рентгеновском диапазоне. На протяжении десятилетий телескоп Chandra и другие рентгеновские обсерватории фиксировали замедление роста черных дыр, наблюдая за ними на разных расстояниях во Вселенной. Важно, что черные дыры, которые растут быстрее, производят больше рентгеновских лучей.
Проанализировав данные наблюдений за примерно 1,3 млн галактик и 8000 растущих сверхмассивных черных дыр, полученные с помощью Chandra, XMM-Newton ЕКА и eROSITA (расширенное рентгеновское обследование с помощью массива телескопов, германо-российская миссия), команда смогла выяснить, почему происходит это замедление черных дыр.
В этом исследовании ученые определили яркость и массу черных дыр, а также количество галактик, обладающих рентгеновскими источниками, что свидетельствует о наличии в них растущих сверхмассивных черных дыр. Команда использовала комбинацию обзоров — от неглубоких наблюдений больших участков неба до чрезвычайно глубоких исследований небольших областей. Такой подход астрономы часто визуализируют как многоуровневую структуру, напоминающую свадебный торт.
Слоистые данные телескопа создают картину
В наблюдениях XMM-Newton и eROSITA снабдили средний и нижний уровни с более широкими, но менее глубокими наблюдениями. Тем временем Chandra предоставила верхний уровень с глубокими наблюдениями на относительно небольшой области, что позволило обнаружить более тусклые и отдаленные растущие черные дыры.
«Объединяя эти данные, полученные с помощью различных рентгеновских телескопов, мы можем составить более полную картину того, как растут эти черные дыры, чем это смог бы сделать любой отдельный телескоп, — сказал соавтор Фан Цзоу из Мичиганского университета. — Мы можем узнать, почему за более чем десять миллиардов лет рост сверхмассивных черных дыр перешел от лихорадочного к спокойному темпу».
Возможные сценарии причин замедления роста черных дыр
Команда провела тестирование трех основных возможных сценариев, которые в настоящее время рассматриваются в качестве причин замедления роста черных дыр. Эти варианты были следующими: может ли снижение темпов роста черных дыр быть вызвано менее эффективными темпами поглощения, меньшими типичными массами черных дыр или меньшим количеством активно растущих черных дыр?
Проанализировав данные, охватывающие миллиарды лет истории Вселенной, ученые пришли к выводу: чем дальше от эпохи Большого взрыва, тем медленнее черные дыры поглощают материю. Эта тенденция к замедлению их роста сохранится и в дальнейшем.
Основная сложность этого исследования заключается в том, что как более массивные черные дыры, так и быстрорастущие, излучают ярче в рентгеновском диапазоне. Чтобы оценить массы черных дыр и отделить влияние этих двух факторов, исследователи использовали наблюдения на других длинах волн, в частности в оптическом и инфракрасном диапазонах.
По материалам phys.org
