Черные дыры и эволюция галактик

Международная команда астрофизиков из Швейцарии, США, Германии, Италии и Англии во главе с Бенни Трахтенбротом из Института астрономии Федеральной высшей технической школы в швейцарском Цюрихе (Benny Trakhtenbrot, Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) сделала важное открытие. Используя высокую чувствительность детектора MOSFIRE десятиметрового телескопа Keck I обсерватории Мауна Кеа, ученые обнаружили гигантскую черную дыру в обычной, ничем особо не примечательной галактике. Группа астрономов, проводя вполне рутинную «охоту» за древними сверхмассивными черными дырами, была приятно удивлена, наткнувшись на такой объект, по массе в 7 млрд раз превышающий наше Солнце, что делает его наиболее «тяжеловесным» представителем класса черных дыр из когда-либо обнаруженных. Галактика, в которой был найден этот «монстр», имеет каталожное обозначение CID-947 и расположена на расстоянии более 11 млрд световых лет (красное смещение z=3,3), то есть мы наблюдаем ее в то время, когда возраст Вселенной составлял всего лишь 14% от современного.

Так в представлении художника может выглядеть звездная система со сверхмассивной черной дырой, которая излучает основную часть энергии, выделяемой при падении на нее материи, таким образом, что она почти не нагревает окружающее вещество и не «тормозит» процессов звездообразования в галактике.

Наиболее удивительным является присутствие сверхмассивной черной дыры в галактике с практически средней массой. Этот факт ставит под вопрос существующие представления об эволюции звездных систем и их ядер. Большинство галактик имеют в своих ядрах черные дыры с относительными массами менее процента (чаще всего 0,2-0,5%). Масса сверхплотного «сердца» CID-947 составляет около 10% от массы самой галактики! Из этого удивительного несоответствия команда исследователей сделала вывод, что в данном случае черная дыра увеличивала свою массу намного быстрее, чем ее «родительская» система. Но такое утверждение ставит под сомнение более ранние представления о синхронной совместной эволюции галактик и их центральных черных дыр. Поэтому были проведены две дополнительные независимые проверки результатов наблюдений, которые, тем не менее, полностью подтвердили первые оценки.

До сих пор прослеживалась следующая тенденция: чем больше звезд в галактике — тем больше масса черной дыры в ее ядре. Но, по словам участников исследовательской группы, это однозначно верно лишь для близких объектов, которые отображают ситуацию, имевшую место в недавнем прошлом Вселенной. Кроме того, предыдущие исследования показывают, что сильное излучение активного галактического ядра во время стремительного роста черной дыры контролирует процессы формирования новых звезд и при определенных условиях даже может их приостановить. Сопоставив эти факторы, ученые выдвинули предположение, что звездообразование и рост сверхмассивных объектов в центрах галактик протекают практически синхронно. Однако, если верить последним результатам, взаимосвязь между этими процессами может быть несколько иной — по крайней мере, в ранней Вселенной.

Исследователями был сделан вывод, что звезды в галактике CID-947 до сих пор образуются, причем с очень большой скоростью (около 400 солнечных масс в год), хотя черная дыра уже достигла предела увеличения своей массы. Согласно анализу данных космической рентгеновской обсерватории Chandra, темп аккреции материала на черную дыру там очень низок, что говорит не только об окончании быстрого приращения ее массы, но и о том, что излучение падающего на нее вещества уже не может ощутимо подавлять темпы звездообразования.

Таким образом, звездное население CID-947 продолжает расти, но отношение общей массы звезд к массе центральной сверхмассивной черной дыры будет оставаться необычайно большим. В наиболее реалистичном сценарии оно уменьшиться с 10% примерно до 2%. Ученые полагают, что эта галактика может быть одним из «зародышей» экстремально массивных систем, которые мы наблюдаем в сегодняшней местной Вселенной — таких, как галактика NGC 1277 в созвездии Персея, расположенная на расстоянии около 220 млн световых лет.