В центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра. Некоторые из них активно питаются газом и пылью вокруг себя, выбрасывая избыточную энергию в виде мощных струй, которые видны как квазары во всей наблюдаемой Вселенной. Новое исследование, проведенное астрономами из Центра космических рассветов, рассмотрело этот процесс с использованием новых методов, и результаты могут изменить то, как мы думаем о черных дырах.

Расположенные в центре галактик сверхмассивные черные дыры в миллионы или даже миллиарды раз массивнее нашего Солнца. Благодаря своему невероятному гравитационному притяжению они способны поглощать огромное количество газа, пыли и, возможно, даже звезд, которые блуждают в их окрестностях.

Физика говорит нам, что этот материал имеет тенденцию образовывать диск, поскольку он притягивается к черной дыре в явлении, называемом « аккрецией ». Теперь эти аккреционные диски являются одними из самых непривлекательных и агрессивных мест в известной Вселенной со скоростями, приближающимися к скорости света , и температурами, намного превышающими поверхность нашего Солнца. Это тепло производит излучение, которое мы воспринимаем как свет, но преобразование тепла в свет настолько эффективно — примерно в 30 раз эффективнее, чем ядерный синтез — что физики не совсем понимают, как это происходит.

Голодные космические чудовища

Диетические модели черных дыр имеют широкий диапазон. Некоторые, как в нашей собственной Галактике, не очень голодны и, кажется, не имеют аккреционных дисков. Но мы видим другие галактики с ненасытным голодом, чьи сверхмассивные черные дыры выросли чрезвычайно горячими аккреционными дисками, настолько яркими, что они затмевают все звезды в их галактике.

Только недавно мы получили первое изображение аккреционного диска от Телескопа Горизонта Событий, всемирной сети радиотелескопов. Однако этот аккреционный диск принадлежит очень близкой галактике. Мы не можем повторить этот эксперимент с более далекими галактиками, поскольку диски слишком малы и поэтому не могут быть разрешены даже самыми большими телескопами.

Вариативность — это ключ

К счастью, другой метод исследования размера и структуры отдаленных аккреционных дисков кажется многообещающим: хотя мы не можем выделить различные компоненты дисков, мы можем изучить, как их интенсивность меняется во времени. Изучая изменения яркости дисков, мы можем составить картину аккреционных дисков даже самых далеких галактик.

Изучив прошлые наблюдения более 9000 галактик с яркими аккреционными дисками — так называемых квазаров — в рамках наблюдательной программы Sloan Digital Sky Survey.

Когда источник не определен, наблюдаемый свет от аккреционного диска будет «загрязнен» светом от галактики, в которой находится черная дыра. Этот нежелательный свет от родительских галактик в значительной степени игнорировался предыдущими исследованиями. Однако, используя новую модель вариаций света квазара, Джон Уивер и его коллега Кит Хорн, профессор астрономии Университета Сент-Эндрюс, смогли отделить свет аккреционного диска от света родительской галактики.

Другими словами, модель позволила им более непосредственно увидеть свет от аккреционного диска вокруг сверхмассивных черных дыр даже в галактиках, удаленных от нас на миллиарды световых лет.

Затененный пылью

Уивер и Хорн обнаружили, что космическая пыль возле аккреционного диска, вероятно, блокировала их обзор. Используя несколько различных моделей космической пыли для учета и устранения ее затемняющих эффектов, они смогли определить, насколько горячим является аккреционный диск как вблизи черной дыры, так и вдали от нее на краях диска.

Эта разница температур между горячим внутренним диском и холодным внешним диском была предсказана теоретически. Однако то, что Уивер и Хорн обнаружили путем наблюдений, было совершенно иной картиной температуры диска : вблизи черной дыры диски оказались еще более горячими, чем предсказывалось. Эти неожиданные результаты были опубликованы сегодня в « Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества» и предполагают, что наши предположения и теоретические модели необходимо пересмотреть — с последствиями для нашего понимания сверхмассивных черных дыр в целом.

Нам не только предстоит узнать больше о сверхмассивных черных дырах, но и то, что вариации их ненасытного голода — чудесная демонстрация того, что наша Вселенная — гораздо более динамичное место, чем можно было бы ожидать, глядя на статичное ночное небо.