Учёные выяснили что сверхмассивные чёрные дыры питаются по-разному в разных галактиках
Астрономы обнаружили фундаментальные различия в процессах роста сверхмассивных чёрных дыр в радиогалактиках. Анализ рентгеновского и радиоизлучения тысяч активных галактик показал, что разные типы чёрных дыр могут получать вещество по принципиально разным механизмам. Одни активно поглощают холодный газ и быстро растут, а другие существуют в более спокойном режиме, питаясь преимущественно горячим газом окружающей среды.
Сверхмассивные чёрные дыры находятся в центрах большинства крупных галактик и могут влиять на их эволюцию через мощные выбросы вещества — релятивистские джеты и потоки энергии. Однако до сих пор оставался открытым вопрос, почему некоторые галактические ядра обладают ярким излучением и мощными струями плазмы, а другие выглядят значительно слабее при похожих размерах центральных чёрных дыр.
Для изучения этого вопроса исследователи объединили данные глубоких радио- и рентгеновских наблюдений области Boötes. В анализ вошли 2840 активных радиогалактик, обнаруженных с помощью международного радиотелескопического проекта LOFAR. Объекты находились в диапазоне красного смещения 0,3 < z ≤ 2, что позволило изучить работу чёрных дыр на протяжении значительной части истории Вселенной.
Учёные разделили исследованные объекты на несколько классов: радиотихие активные ядра, радиогалактики высокой возбуждённости (HERG) и радиогалактики низкой возбуждённости (LERG), включая LERG в галактиках с активным звездообразованием и в спокойных галактиках. Такое разделение позволяет понять, отличаются ли механизмы питания чёрных дыр в разных космических условиях.
Главный результат исследования заключается в том, что радиогалактики низкой возбуждённости LERG демонстрируют значительно более низкую рентгеновскую светимость и меньшую скорость аккреции вещества по сравнению с HERG и радиотихими активными ядрами. Эта разница сохраняется на разных расстояниях от Земли и при разных эпохах существования Вселенной.
Учёные считают, что различие связано с разными источниками вещества для чёрных дыр. В галактиках высокой возбуждённости центральная чёрная дыра может получать большие количества холодного газа, который формирует плотный аккреционный диск и приводит к активному выделению энергии. Такие системы способны ярко светиться в рентгеновском диапазоне и создавать мощное излучение.
Чёрные дыры низкой возбуждённости, напротив, могут получать преимущественно горячий газ из окружающего пространства. Такой процесс менее эффективен: вещество падает на чёрную дыру медленнее, выделяется меньше энергии, а большая часть активности может проявляться через радиоджеты.
Полученные помогают лучше понять, как сверхмассивные чёрные дыры влияют на развитие своих галактик. Активность центрального ядра может регулировать образование новых звёзд, нагревать окружающий газ и менять структуру галактики на протяжении миллиардов лет.
Особенно важно, что исследование показывает: одинаковый внешний признак — наличие мощного радиоизлучения — не означает одинаковый механизм работы чёрной дыры. Две галактики могут выглядеть похожими в радиодиапазоне, но их центральные объекты могут находиться в совершенно разных физических состояниях.
В дальнейшем учёные планируют использовать более глубокие наблюдения с новыми радиообсерваториями и рентгеновскими телескопами, чтобы изучить, как режим питания чёрных дыр менялся в разные периоды истории Вселенной и какую роль он сыграл в формировании современных галактик.