Исследование: раняя Вселенная была заполнена черными дырами
Ученые из Национальной радиоастрономической обсерватории обнаружили черную дыру, которая образовалась всего через 900 млн лет после Большого взрыва. Исследователи предполагают, что в первые дни существования Вселенной уже были сотни черных дыр.
Девятьсот миллионов лет спустя после Большого взрыва, в эпоху ранних галактик, уже существовала черная дыра, которая в миллиард раз превосходила по размерам Солнце. Эта черная дыра всасывала огромное количество ионизированного газа, образуя галактический двигатель, известный как блазар, который испускал сверхгорячую струю яркой материи в космос. Исследователи до сих пор могут обнаружить свет от этого взрыва более 12 млрд лет спустя.
Acтpoнoмы paнee oбнapужили доказательства первых cвepxмaccивныx чepныx дыp в бoлee мoлoдыx «paдиoaктивныx ядpax гaлaктики». Этo гaлaктики c aктивными ядpaми, кoтopыe слишком яркие для телескопов, но содержат в себе признаки чepных дыp. Блaзapы испускают двe узкиe cтpуи peлятивиcтcкoй мaтepии в противоположных направлениях. Эти cтpуи излучaют узкиe пучки cвeтa нa мнoжecтвe длин вoлн и нaпpaвлeны пpямo нa Зeмлю — именно поэтому ученые могут их наблюдать.
«Благодаря открытию можно предположить чтo в тeчeниe пepвoгo миллиарда лeт жизни во Bceлeннoй существовало бoльшoe количество мaccивныx чepныx дыp, иcпуcкaющиx мoщныe cтpуи», — отметили исследователи. Их открытие подтверждает, чтo они существовали в эпоху ранней Вселенной или в период сразу после Большого взрыва, когда звезды и галактики только начали формироваться.
Ранее студенты и ученые из миссии OSIRIS-REX случайно обнаружили на снимках зонда черную дыру, расположенную на расстоянии 30 тыс. световых лет от Земли. Объект в момент наблюдения за астероидом Бенну ярко вспыхнул, говорится в сообщении на сайте миссии.
Источник
Ранняя вселенная была заполнена сверхмассивными черными дырами
Группа британских исследователей из Кембриджа считает, что ранняя Вселенная могла представлять собой пространство, заполненное одними лишь крошечными первородными черными дырами, которые затем в основном испарились или слились в супермонстров. Доктор Мартин Хэнелт (Martin Haehnelt), преподаватель из Астрономического института (Institute of Astronomy) Кембриджского университета, работающий под руководством знаменитого британского ученого Мартина Риса (Martin Rees), носящего звание Королевского астронома, представляет новые свидетельства в пользу этой спорной пока теории на конференции по физике, проходящей в Физическом институте (Institute of Physics, информация на русском языке) в городе Уорик.
Существование черных дыр следует из эйнштейновской Общей теории относительности, которая посвящена главным образом описанию гравитационных взаимодействий. Любой объект, оказавшийся достаточно близко к черной дыре, будет неизбежно притянут к ее центру без малейшего шанса избежать своей участи, при этом испытываемые им гравитационные силы столь велики, что он будет разорван в клочья, «не доходя до кассы».
Большинство современных космологов считает, что сверхмассивные черные дыры росли в составе больших галактик, постепенно, за миллионы и миллиарды лет, накапливая свою немалую массу, однако Хэнелт с этим совершенно не согласен. Он утверждает, что гораздо больше свидетельств можно найти в пользу иной версии, согласно которой маленькие черные дыры вырастали совершенно независимо от звезд и начали сливаться между собой еще в самые ранние эпохи, порождая в результате этих процессов тех гигантских супермонстров, которые дожили до наших времен.
Хэнелт указывает на результаты сравнительно недавних исследований космического микроволнового фона. Это реликтовое излучение, которое последнее время все чаще поэтично именуют «эхом Большого взрыва», все еще сохраняет отпечаток событий, произошедших тогда, когда нашему миру было всего лишь 400 тысяч лет отроду. В тот момент Вселенная охладилась до критической температуры, впервые позволившей излучению (реликтовым фотонам) свободно пересекать космическое пространство, как если бы рассеялся некий космический туман. Однако новые данные указывают на то, что 10-15 процентов этой радиации все же были с тех пор рассеяны. Это говорит о последующем повторном нагреве Вселенной, который никто не ожидал зафиксировать.
Хэнелт объясняет это явление наступлением новой эры, во время которой маленькие черные дыры стали повсеместным явлением. «Процесс аккреции (поглощения) вещества черной дырой приводит к разогреву этой материи, — поясняет он, — и это выделяющееся тепло может считаться свидетельством обилия маленьких черных дыр в ту эпоху».
Если многочисленные сверхмассивные черные дыры, обитающие в центрах практически всех крупных галактик (не избежала этой участи и наша галактика Млечный путь, однако наша «родная» сверхмассивная черная дыра — это не «настоящий» монстр, а так, «мелкий монстрик», в тысячи раз легче «настоящих»), были сформированы когда-то за счет слияния маленьких черных дыр, то должны были бы остаться своеобразные «подписи» тех давних процессов. Подобное слияние двух черных дыр начинается с того, что коллапсары переходят на орбиты вокруг друг друга, а затем сближаются по спирали, пока не «столкнутся». Согласно теории Ньютона два массивных объекта так бы и вращались один возле другого, однако поправки, вносимые теорией Эйнштейна, приводят к тому, что эллипс оборачивается спиралью (закон Ньютона дает, например, эллипсы Кеплера при движении планет вокруг Солнца, что является решением задачи гравитационного взаимодействия двух тел с точки зрения классической физики). В теории гравитации Эйнштейна движение планет по их орбитам порождает гравитационные волны, которые уносят часть энергии, при этом устойчивые эллиптические орбиты Кеплера превращаются в медленно распадающиеся спиралеобразные (это важное предсказание Общей теории относительности не создает больших проблем, если движения рассматриваемых небесных тел можно не считать релятивистскими).
В момент конечного катастрофического взрыва, сопровождающегося всплеском излучения энергии гравитационных волн, наличие любой асимметрии может привести к очень мощному «пинку» («кику», от английского «kick»), как бы удару прямо из пустоты по получившейся в результате черной дыре, что вышвырнет ее далеко в космос (таковы последствия гравитационной радиационной отдачи). «Пинок» случается в том случае, если гравитационные волны, испускаемые в момент заключительного «погружения», анизотропны, не симметричны — тогда они создают мощную отдачу. Эффект максимален, если одна черная дыра из парочки заметно крупнее другой.
«Если такое случается, — говорит Хэнелт, — то мы могли бы найти какую-нибудь редкостную галактику, лишенную центральной сверхмассивной черной дыры». Вероятно, потребуется еще и изучить при этом «сопутствующие обстоятельства», ведь слияние центральных черных дыр может происходить и в случае слияния двух крупных галактик.
Нужно отметить, что в настоящее время отсутствуют какие-либо ясные наблюдательные свидетельства наличия таких «пинков» среди черных дыр. К тому же гравитационные волны — это явление, которое до сих пор никому еще не удавалось зарегистрировать в экспериментах. Ныне считается более вероятным, что сверхмассивные черные дыры издавна наращивали свою массу не за счет слияний друг с другом и не за счет слияний всякой «мелочи» в ранних галактиках, когда любая «оплошность» могла навсегда выбить получившуюся черную дыру из ее «логова» в дальний космос, а путем постепенной аккреции на коллапсар окружающего межзвездного газа.
Источник
В черной дыре обнаружена колоссальная буря
Мы видим эту черную дыру такой, какой она была 13,1 миллиарда лет назад, когда Вселенная составляла всего 10% от своего нынешнего размера
Она мечет в межгалактическое пространство огромные струи — это настоящий шторм, который бушует, к счастью, на расстоянии 13,1 миллиарда световых лет от нас. Это самая далекая из обнаруженных на сегодняшний день бурь. Ее открытие — ключ к разгадке того, как образовались галактики.
«Вопрос в том, когда во Вселенной возникли галактические ветры, — объясняет астроном Такума Идзуми из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ). — Это важный вопрос, потому что он связан с загадкой астрономии: как галактики и сверхмассивные черные дыры эволюционировали».
Сверхмассивные черные дыры невозможно изучать отдельно от галактик. Эти огромные объекты, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, являются сердцем галактической системы — это гравитационное ядро, вокруг которого вращается все остальное в галактике.
Черные дыры также играют огромную роль в формировании галактик. Например, с помощью механизма обратной связи. Сильные ветры сверхмассивной черной дыры пронизывают космос, унося материал, который может образовывать звезды. При этом размер черной дыры ограничивает звездную массу галактики.
Масса сверхмассивной черной дыры обычно более-менее пропорциональна размеру центральной выпуклости галактики. Астрономы не знают, что на это влияет, но явно черные дыры и их галактики развиваются вместе, а не формируются по отдельности, объединяясь в более поздние периоды.
Рассматриваемая учеными галактика под названием J1243 + 0100 образовалась всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Анализ радиоизлучения в галактике показал мощные извержения вещества со скоростью 500 километров в секунду. В год дыра выбрасывает 447 масс солнц. Следовательно, обратная связь возникла еще в ранней Вселенной. Масса же самой сверхмассивной черной дыры примерно в 330 миллионов раз превышает массу Солнца.
«Наши наблюдения подтверждают недавнее компьютерное моделирование, которое предсказало, что коэволюционные отношения существовали даже примерно 13 миллиардов лет назад, — говорит Идзуми. — Мы планируем наблюдать и другие подобные объекты, чтобы выяснить, является ли изначальная коэволюция, наблюдаемая в данном объекте, типичной для Вселенной тех времен».
Источник
Ранняя Вселенная была заполнена сверхмассивными черными дырами
В первый миллиард лет своего существования во Вселенной уже были сотни черных дыр, считают ученые.
Самую старую сверхмассивную черную дыру, которая образовалась всего через 900 млн лет после Большого взрыва, в эпоху ранних галактик, обнаружили астрономы из итальянского Национального института астрофизики (INAF) в Милане. Ее масса примерно в миллиард раз больше Солнца.
Черную дыру, получившую название PSO J0309 + 27 удалось обнаружить благодаря струе плазмы, которая оказалась направлена прямо на Землю. Всасывая огромное количество ионизированного газа, дыра превратилась в подобие галактического двигателя, называемый блазаром. Свет сверхгорячей струи раскаленной материи, выбрасываемый дырой, виден даже спустя 13 млрд лет.
«Благодаря нашему открытию можно утверждать, что в первый миллиард лет жизни Вселенной существовало большое количество очень массивных черных дыр, излучающих мощные струи ионов»,
— говорят авторы исследования.
По мнению астрономов, существует больше древних черных дыр, чем обнаружено сейчас. Открытие также доказывает, что уже в начале формирования первых галактик и звезд уже существовали сверхмассивные черные дыры.
17 комментариев
Отмена
Куда они делись? Не взрываются, а лишь испускают луч?
Самую старую сверхмассивную черную дыру, которая образовалась всего через 900 лет после Большого взрыва, в эпоху ранних галактик, обнаружили астрономы из Национальной радиоастрономической обсерватории. Ее размеры примерно в миллиард раз больше Солнца.
Девятьсот миллионов лет спустя после Большого взрыва, в эпоху ранних галактик, уже существовала черная дыра, которая в миллиард раз превосходила по размерам Солнце.
Конечно, ведь она уже была через 900 лет.
Собственно они ничего не испускают
В результате большого взрыва вселенная начала расширение и они отдалились от нас на такое расстояние на котором их можно обнаружить. Тем более обнаружить их можно только по влиянию гравитации на рядом находящиеся объекты.
Если предположить что Космос-Вселенная бесконечна а чёрная материя внем занимает 65% объёма и вся светлая соответственно 35% в которой и происходят все процессы образования галактик посредством взрывов и столкновений между собой а также притягивание сверх масивными объектами материи к себе с образованием различных объектов в миллиардных временных рамках по Земному исчислению и исходя из закона сохранения вещества в Светлой части Вселенной то там то здесь умирают одни и рождаются другие образования. А то что Вселенная якобы возникла из ничего-прародительницы микро частицы можно принять как частное при образовании Галактики Светлой части Вселенной с последующей её расширением. То есть рассматривать эту посылку как версию.
Сначала написали, что чд появилась спустя 900 лет после большого взрыва, что, конечно, сомнительно. А потом написали спустя 900 млн лет, что больше похоже на правду. Будьте внимательнее.
А мне очень интересно 65% от бесконечности – это сколько?
Чёрная дыра России под названием Путин, разбрасывает лучи во все стороны, вот уже 900млрд.нет
Излучение Хокинга вам о чем нибудь говорит?
Ну вы даете! Если Вселенная бесконечна,то о каких 65% материи ,не материи идет речь,у бесконечности разве может быть 65%,или половина бесконечности.М?
уБесконечности нет ни половины ,ни 65%
В ИИСП,есть хорошие статьи от Солнца,от Ц.Солнца,по соглашению планеты производят аннигиляция её,а так она может испускать из себя на пределе,как наши старики,коптить
Эти выводы из теории заблуждений . Как и теория сохранения энергий . Пора уже отказаться от неправельных выводах . Не надо создавать себе богов черных дыр . Возникновение паразитирующих пробоев в изоляции вселенных ( черных дыр) происходит на последний стадии существовании той материи что присутствует в тех вселенных . И при вмешательстве из вне . Как известно немало сущностей существуют за щет других так и в макро вселенной . Хотя и их век ограничен .
65% от бесконечности это бесконечность, на любых множествах чисел от натуральных до гиперклмлексных. Скорее всего можно доказать для любых чисел. Для определения конечности вселенной числа определяемые современной математикой не подходят как таковые.
Какой-то бред, ведь время величина относительная.
Про 65%, вместо бесконечности подставь переменную и будет тебе счастье. До слов докапываетесь.
Вот говорят о большом взрыве. И всегда хочется спросить: что взорвалось
, если ничего не было? Взрыв чего тогда? Очень хочется знать
Источник
Сверхмассивные черные дыры могли образоваться из-за ускоренного поглощения массы при слиянии галактик в ранней Вселенной
Рис. 1. Деформированный аккреционный диск при малом (a) и большом (b) наклонении к плоскости экватора черной дыры. Рисунок из обсуждаемой статьи в arXiv.org
Наклон оси аккреционного диска к оси вращения черной дыры может вызывать нестабильность диска и резкое ускорение темпов аккреции. Аналогичный, но еще более выраженный эффект имеет место и в наклоненных аккреционных дисках вокруг двойных черных дыр, которые образуются при слиянии галактик. Моделирование аккреции помогло понять, как сверхмассивные черные дыры достигли своей массы и почему объекты такой весовой категории существовали уже в ранней Вселенной.
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Черной дырой называется объект, сила притяжения которого настолько велика, что ничто не может покинуть его, включая даже электромагнитное излучение. При последовательном сжатии объекта, например ядра массивной звезды, гравитация на его поверхности усиливается всё больше и больше. Если масса объекта достаточно велика, то никакие физические силы не способны противодействовать всё возрастающей гравитации и остановить коллапс. Радиус объекта, при котором вторая космическая скорость на его поверхности достигает скорости света — максимально возможной в природе скорости, — называется радиусом Шварцшильда, а поверхность, описываемая им, — горизонтом событий. При дальнейшем сжатии объект «исчезает» под горизонтом событий и начинает поглощать всё, что достигает этого горизонта. Черная дыра готова.
Во Вселенной есть два типа черных дыр (ЧД): ЧД звездных масс и сверхмассивные ЧД. Первые имеют массы в десятки и сотни солнечных — такие образуются при коллапсе ядер самых массивных звезд. В галактиках они встречаются повсеместно. Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) находятся только в центрах галактик, по одной на галактику, и имеют массу в миллионы и миллиарды раз больше солнечной. Здесь кроется загадка: самая легкая из известных СМЧД в 200 000 раз тяжелее Солнца, а черных дыр промежуточных масс — от 1000 до 100 000 масс Солнца — практически не обнаружено, их можно пересчитать по пальцам одной руки.
В связи с этим возникает вопрос: как образуются СМЧД? Если они получаются из обычных черных дыр, то как они набирают такую массу? Ведь черные дыры звездной массы не вырастают больше нескольких сотен солнечных масс: они могут рассчитывать на массу ядра исходной звезды плюс на внешние оболочки ее компаньонов, если звезда была частью кратной звездной системы (системой с более чем двумя звездами; см. также Кратная звезда). После поглощения этой массы черная дыра отправляется в свободное плавание по галактике, где может набрать массу только при непосредственном столкновении с другой звездой или очень близком проходе от нее. Это случается столь же редко, как и столкновения и близкие проходы между обычными звездами, то есть раз в миллионы лет во всей галактике. Вряд ли в Млечном Пути найдется хоть сотня черных дыр, которые испытали подобное везение хотя бы один раз, а чтобы стать сверхмассивной, нужно поглотить миллионы звездных масс! Поглощение межзвездного газа тоже много не принесет: его плотность слишком мала даже в плотных туманностях. Значит, для роста черных дыр нужны какие-то специальные условия.
Наблюдения сверхглубокого поля «Хаббла» (Hubble Extreme Deep Field) — самого глубокого и чувствительного астрономического изображения, когда-либо сделанного в видимых длинах волн, — показали, что СМЧД присутствовали в галактиках и в ранние эпохи Вселенной, когда их возраст был в несколько раз меньше, чем сейчас. Более того, уже тогда они имели массу, сравнимую с современными, а не промежуточную. Значит, рост черной дыры происходит на еще более ранних стадиях, когда сами галактики образуются из большого числа маленьких протогалактик неправильной формы? Примером протогалактики можно считать Магеллановы облака, но в них нет достаточно массивных черных дыр (хотя, возможно, есть меньшие). Если галактика образуется не более чем из сотен и тысяч протогалактик, то как черные дыры достигают масс в миллиарды солнечных?
Ученые из Колорадского университета во главе с Крисом Никсоном видят одну из возможных разгадок в тех процессах, которые происходят с черными дырами при слиянии галактик. Моделирование показывает, что черные дыры при слиянии начинают вращаться друг вокруг друга, причем орбита сокращается за счет «расшвыривания» объектов звездной массы, попадающихся на пути, а масса растет за счет поглощения межзвездного газа, облака которого в процессе слияния испытывают хаотическое течение. Встречающиеся друг с другом потоки газа, ранее обращавшегося в разных направлениях, теряют скорость и падают к образующемуся центру двух галактик. Как выяснилось, разгадка быстрого роста массы связана именно с особенностями поглощения массы парой черных дыр.
Моделирование аккреции, то есть поглощения межзвездного вещества черной дырой, показало, что в простом случае одиночной ЧД скорость поглощения массы недостаточна для быстрого роста. Газопылевые облака не стационарны: в общем случае газ в них образует течения, а значит, обладает завихренностью и отличным от нуля угловым моментом. Если облако падает не точно в черную дыру, то, по законам орбитального движения, его частицы должны описать гиперболическую траекторию относительно ее центра масс. При этом внешние части облака огибают ЧД издалека, а частицы «с внутреннего края» движутся по более тесной орбите с большей скоростью. Облако деформируется, и за счет вязкого трения эти части облака теряют в скорости, начиная обращаться вокруг черной дыры: аккреционный диск готов.
Эту модель можно расширить и на вращающееся облако, и на общий случай. При аккреции закон сохранения углового момента вращения ведет к тому, что газ не может сразу попасть в черную дыру и образует вращающийся диск. Из такого диска масса может попасть внутрь только при перераспределении вращательного момента в диске за счет вязкого трения: медленно вращающиеся внешние части оно стремится разогнать, а быстро вращающиеся внутренние, наоборот, замедлить, и этот замедляющийся газ падает в дыру. Но ранние модели показали, что скорость этого процесса очень мала для объяснения быстрого набора массы — во всяком случае, одиночной черной дырой.
Загадка усугубляется тем, что, когда ЧД только достигает сверхмассивной весовой категории, необходимые размер и масса диска становятся настолько большими, что начинает действовать его собственная гравитация, приводящая к звездообразованию в материале диска. В дальних областях диска приливные силы черной дыры недостаточно велики, чтобы подавлять флуктуации плотности газа в диске, и они сжимаются под действием собственной гравитации, образуя звёзды. Последние не подвержены вязкому трению и остаются на орбитах вокруг черной дыры. Таким образом, для «легких» СМЧД предел скорости аккреции еще ниже, чем можно ожидать. Как же тогда появились черные дыры с массой в миллиарды масс Солнца?
Первая часть разгадки кроется во взаимной ориентации осей вращения диска и самой ЧД. Ранее в расчетах и исследованиях основное внимание уделяли случаю параллельных осей, когда скорость аккреции действительно недостаточна. Но в реальности газ может приближаться к черной дыре с любого направления, благодаря чему аккреционный диск оказывается наклонен к плоскости экватора черной дыры. Здесь вступают в силу присущие черным дырам релятивистские эффекты. Как правило, черные дыры вращаются, причем угловой момент вращения соответствует скорости вращения на экваторе, сравнимой со световой. В реальности, конечно, у черной дыры нет поверхности, с которой связано вращающееся вещество. Но это приводит к эффекту увлечения инерциальных систем отсчета, или эффекту Лензе–Тирринга: пространство-время вокруг вращающейся черной дыры само вовлекается во вращение.
В общем смысле это означает, что локальные системы отсчета, которые находящийся в подверженной релятивистским эффектам области пространства наблюдатель счел бы стационарными, при наблюдении издалека не являются ни стационарными, ни даже инерциальными. В нашем случае это приводит к тому, что если рассматривать движение вещества из точки вблизи черной дыры, то можно найти систему отсчета, в которой это движение будет описываться классическими законами (как будто ЧД не вращается). Однако при взгляде издалека к этому движению добавится дополнительное вращение вокруг дыры, сонаправленное с ее собственной осью, и чем ближе к самой дыре — тем оно быстрее. (Подробнее об эффекте Лензе–Тирринга и о других вытекающих эффектах можно почитать здесь и здесь, а на английском языке также здесь и здесь.) Таким образом, если плоскость орбиты частицы или некоторого объема газа наклонена к экватору черной дыры, она будет испытывать прецессию, как у замедляющегося волчка (физические основы для этих колебаний, конечно, другие), и чем ближе к дыре, тем быстрее колеблется плоскость орбиты.
Поскольку скорость прецессии у разных частей диска разная (дифференциальная прецессия), диск искажается и становится похожим по форме на раковину (рис. 1). Его дальнейшее поведение зависит от двух сил, действующих в противоположном направлении: дифференциальная прецессия ведет к искажению формы диска, а вязкое трение внутри диска, наоборот, стремится его сгладить. Однако скорость прецессии растет очень быстро с приближением к черной дыре: во внутренних областях она сравнима со скоростью циркуляризации орбит (постепенного округления орбиты, уменьшения ее эксцентриситета) и становится решающим эффектом. Как правило, в диске можно найти такую область, в которой прецессия слишком сильна для того, чтобы быть подавленной вязким трением.
Первым шагом к объяснению быстрого роста черных дыр было численное моделирование, которое показало: в наклоненном и дифференциально прецессирующем аккреционном диске, начиная с некоторой степени искажения диска, даже при изотропной вязкости наблюдается уменьшение вязкого трения с увеличением деформации. Это приводит к фрагментации диска: в тех его областях, которые достигли критического искажения, происходит распад на несколько концентрических колец, каждое из которых прецессирует само по себе. В какой-то момент кольца оказываются противонаправленными — тогда остаточное трение взаимоуничтожает их угловой момент, и газ падает в дыру! Никакого нарушения закона сохранения углового момента здесь нет, поскольку момент передается и в самом процессе прецессии — во время образования противонаправленных колец он уже передан дыре. Причем такое поведение должно наблюдаться во всех системах, где происходит аккреция в гравитационном потенциале, имеющем квадрупольный вид, то есть при аккреции на все массивные компактные вращающиеся тела и — что более важно — на тесную пару из черных дыр, вращающихся вокруг общего центра масс; в этом случае прецессия должна быть особенно сильна.
Как уже говорилось, все предсказания сходятся на том, что после слияния галактики их сверхмассивные черные дыры быстро сближаются по спиральной траектории. Это происходит за счет взаимодействия со звездами, находящимися вблизи траектории: более вероятно такое возмущение орбиты звезды, при котором угловой момент от черных дыр передается звезде, и она уходит на более широкую орбиту, а ЧД — на более узкую, и это подтверждено наблюдениями: имеется считанное число галактик с двойным ядром. Как правило, черные дыры либо слились, либо еще далеко друг от друга. Но почему черные дыры сливаются, а не остаются на тесных орбитах? Это «загадка последнего парсека»: черные дыры не могут стать намного ближе одного парсека друг к другу только за счет взаимодействия со звездами, ведь на таком расстоянии от центра звезд почти нет. И здесь многое способно прояснить более точное моделирование взаимодействия двойных черных дыр с газом, который на этих стадиях слияния в больших количествах падает к новому центру.
Ранние работы рассматривали только аккреционные диски в плоскости орбит черных дыр, а такие диски, наоборот, во внутренней области стабилизируются орбитальными резонансами, а во внешней — фрагментируются на звезды и имеют сниженный темп аккреции. Однако, как и в случае одиночной вращающейся черной дыры, при аккреции газовых облаков со случайно распределенными вращательными моментами взаимная ориентация плоскостей аккреционных дисков и орбит черных дыр получается тоже случайной. И при разориентации тоже имеет место прецессия, причем гораздо более сильная, чем около одиночной вращающейся черной дыры.
Рис. 2. а, b. Трехмерная структура аккреционного диска при начальном угле наклона к орбитальной плоскости черных дыр 60°. Изображение из обсуждаемой статьи в arXiv.org
По расчетам, этот эффект является несущественным до тех пор, пока черные дыры не сблизятся до 0,1 парсека (таким образом, за сближение с 1 до 0,1 парсек должны отвечать другие процессы), но дальше приводит к фрагментации диска (рис. 2а и b), столкновениям вращающихся в противоположных направлениях колец газа и эпизодам массивного поглощения газа черной дырой, во время которого темпы аккреции могут в 10 000 раз превышать предсказанные простыми моделями ненаклоненного диска (рис. 3).
Рис. 3. Темпы аккреции в прецессирующих дисках вокруг двойной черной дыры при разных углах наклона. По горизонтали — время, по вертикали — логарифм темпа аккреции. Обратите внимание на прерывистость процесса поглощения массы. Изображение из обсуждаемой статьи в arXiv.org
Угловой момент системы черных дыр при этом теряется, в особенности если аккреционный диск весь вращался в противоположном направлении. Скорость процесса может быть достаточной, чтобы слияние произошло за 1–10 млн лет по достижении критического расстояния, что мало по сравнению с типичным временным масштабом слияния галактик (сотни миллионов лет) и объясняет наблюдаемое отсутствие галактик с тесно расположенными двойными ядрами, а также и быстрый рост черных дыр на стадии слияния галактик, при котором они вполне могли войти в сверхмассивную весовую категорию еще в ранней Вселенной. Возможно, поведение именно такого типа объяснит прерывистость джета в галактике M87 (рис. 4).
Рис. 4. Джет в галактике M87, состоящий из не попавших в черную дыру и выброшенных ею остатков материала аккреционного диска. Скорее всего, в центре галактики имеется одиночная ЧД, но, как показано в обсуждаемой статье, процессы аккреции из наклонных дисков обладают универсальностью и могут применяться ко всем случаям аккреции в квадрупольном гравитационном потенциале, то есть к аккреции на систему из двух черных дыр, вращающуюся ЧД и быстро вращающиеся компактные объекты, в первую очередь — нейтронные звезды. Изображение с сайта Astronomy Picture Of The Day
Таким образом, система из двух сверхмассивных черных дыр способна поглощать газ в сотни и тысячи раз быстрее, чем считалось ранее, и это, вероятно, происходит в процессе слияния галактик на стадии «финального парсека». Когда расстояние между дырами уменьшается до
0,1 пк, происходит фрагментация диска за счет интенсивной прецессии и потеря газом углового момента за счет столкновений независимо прецессирующих фрагментов, что приводит к резкому возрастанию скорости аккреции и дальнейшему сближению черных дыр. Модель способна объяснить, как черные дыры в центрах галактик стали сверхмассивными еще на ранней стадии развития галактик: все крупные галактики образовались из большого числа протогалактик, и если их центральные черные дыры были промежуточной массы, то сверхмассивные дыры появятся за счет столкновений еще в процессе активного роста галактик. Так ли это на самом деле, подскажет только наблюдение аккреции c пространственным разрешением, которое станет возможным с развитием радиоастрономии сверхвысокого разрешения: совместное применение радиоинтерферометров сверхдлинной базы (см. Радиоастрон) и сверхмощных полей антенн вроде SKA позволит разглядеть эти объекты непосредственно.
Источник: Andrew King, Chris Nixon. SMBH accretion & mergers: removing the symmetries // arXiv.org:1307.3255. 11 July 2013.
См. также:
Chris Nixon, Andrew King, Daniel Price, Juhan Frank. Tearing Up The Disk: How Black Holes Accrete // The Astrophysical Journal Letters. 2012. V. 757. Issue 2. Article id. L24, 5 pp.
Источник