Как массивные галактики и черные дыры эволюционируют вместе

3 августа 2023 г.

Эврим Язгин имеет степень бакалавра наук по математической физике и степень магистра физики в Мельбурнском университете.

Астрономы из Технологического университета Суинберна в Мельбурне разработали новый взгляд на то, как галактики и их центральные сверхмассивные черные дыры совместно эволюционируют.

Ранее исследователи предполагали, что центральные черные дыры в галактиках эллиптической формы – крупнейших галактиках во Вселенной – увеличивают массу линейно с размером галактики. Например, считалось, что эллиптическая галактика, звездная масса которой в два раза превышает звездную массу меньшей галактики, также должна иметь центральную черную дыру в два раза массивнее.

В целом предполагалось, что сверхмассивные черные дыры в центрах эллиптических галактик составляют около 0,2% от общей массы галактики.

В течение четверти века компьютерное моделирование, направленное на выяснение того, как эти центральные черные дыры и эллиптические галактики эволюционируют вместе, использовало эту модель.

Но новые наблюдения исследователей Суинберна выявили не линейный рост центральных черных дыр с эллиптическим размером галактики, а «квадратичный» рост. Это означает, что эллиптическая галактика с вдвое большим количеством звездной материи будет иметь центральную черную дыру.четыре раз больше. Галактика с в 10 раз большей звездной массой увидит 100-кратное увеличение размера сверхмассивной черной дыры.

Результаты опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.

«Черные дыры сорвались с поводка», — говорит автор профессор Алистер Грэм.

Четыре крупнейших галактики в известной Вселенной имеют эллиптическую форму. Самая крупная из них, IC 1101, находится в миллиарде световых лет от Земли. IC 1101, населенная 100 триллионами звезд, имеет радиус около 2 миллионов световых лет (по сравнению с Млечным Путем, радиус которого составляет всего 53 000 световых лет). Это означает, что если бы IC 1101 находилась там, где находится Млечный Путь, она поглотила бы нашу ближайшую большую соседнюю галактику Андромеду.

Поскольку эллиптические галактики могут быть очень большими, их центральные черные дыры также массивны.

Это видно в соседней эллиптической галактике Мессье 87 (M87). В 2019 году центральная черная дыра M87 стала первой черной дырой, изображение которой было получено напрямую; это примерно в 500 миллионов раз больше массы нашего Солнца. Центральные черные дыры эллиптических галактик регулярно в миллиарды раз больше Солнца.

Грэм обнаружил квадратичный рост среди сверхмассивных черных дыр в рое звезд эллиптической формы, составляющих центры спиральных галактик (таких как Млечный Путь). Однако предполагалось, что квадратичный рост не является особенностью центральных черных дыр эллиптических галактик.

Астрономы обнаружили эту квадратичную зависимость между размером эллиптической галактики и размером центральной черной дыры, проанализировав 100 галактик, полученных в инфракрасном диапазоне космическим телескопом Спитцер НАСА. Это открытие меняет наше понимание того, как одновременно развиваются галактики и черные дыры.

Многие из галактик, которые раньше считались чисто эллиптическими, на самом деле обладают огромным звездным диском. Квадратичный масштаб массы стал очевиден, когда эти диски были приняты во внимание. Исследование предполагает два типа галактик: эллиптические и «бесспиральные» дисковые галактики.

Исследователи полагают, что сталкивающиеся галактики выбрасывают звезды на хаотические орбиты выше и ниже аккуратных круговых орбит, наблюдаемых в спиральных галактиках. Это создает «выпуклость». Первоначально они разовьются в галактики с выраженными балджами и пыльным диском без спиралей. Через некоторое время балдж доминирует и рождается чистая эллиптическая галактика.

SCINEMA проходит с 1 по 31 августа каждого года. Зарегистрируйтесь сейчас, чтобы принять участие в фестивале и смотреть фильмы бесплатно. ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ.

Первоначально опубликовано журналом Cosmos под названием «Как массивные галактики и черные дыры эволюционируют вместе».