Сверхмассивные черные дыры оказались разборчивыми «едоками» при слиянии галактик

Черные дыры печально известны тем, что поглощают всё на своем пути. Однако астрономы, использующие комплекс радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), обнаружили, что даже сверхмассивные черные дыры могут быть разборчивыми «едоками», и это может существенно влиять на их рост.

Млечный Путь простирается над комплексом ALMA и плато Чахнантор в Чилийских Андах. На этой панораме, собранной из нескольких снимков, также видны Большое и Малое Магеллановы Облака. Автор: NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott

Это открытие, опубликованное в The Astrophysical Journal, сделала международная команда астрономов под руководством Макото А. Джонстоуна, докторанта Университета Вирджинии. Ученые использовали ALMA для изучения семи близлежащих сливающихся галактик, в центрах которых находятся сверхмассивные черные дыры, разделенные всего несколькими тысячами световых лет.

Как слияния галактик влияют на черные дыры

Когда две массивные, богатые газом галактики сливаются, гравитация направляет огромные количества холодного молекулярного газа к центрам обеих систем, где находятся сверхмассивные черные дыры (СМЧД). Эти короткие, турбулентные фазы могут «зажечь» одну или обе черные дыры как активные галактические ядра (АГЯ), делая их одними из самых энергичных объектов во Вселенной. Однако загадочно то, что не во всех сливающихся галактиках активно питаются обе черные дыры; в некоторых видна активность лишь у одной, а другие и вовсе не проявляют «аппетита».

Наблюдения ALMA выявили плотные, хаотичные скопления газовых облаков вокруг многих черных дыр (особенно более массивных). Это означает, что слияния очень эффективно доставляют «пищу» для роста прямо к их «дверям». Однако текущая яркость черных дыр (показатель скорости их «питания») не увеличивается с количеством доступного газа. Даже при обилии «еды» поблизости большинство СМЧД лишь «перекусывают», а не объедаются. Это говорит о том, что рост черных дыр во время слияний может быть крайне неэффективным, с непоследовательным «перевариванием» газа на коротких временных масштабах.

Вопросы о «питании» черных дыр

«Неэффективность наблюдаемого роста сверхмассивных черных дыр, даже при наличии плотных резервуаров молекулярного газа, ставит вопросы о физических условиях, необходимых для запуска этих эпизодов роста, — сказал Макото. — Помимо того, что активность АГЯ происходит в экстремальных, пылевых средах, она, вероятно, сильно переменчива и эпизодична, что объясняет, почему так трудно обнаружить две одновременно активные черные дыры в слияниях».

Команда сравнила системы, где обе черные дыры были активны (двойные АГЯ), со слияниями, где активность проявляла лишь одна (одиночные АГЯ). В некоторых случаях одиночных АГЯ черная дыра без аппетита действительно, казалось, была лишена холодного газа. Но в других газ наблюдался, а черная дыра всё равно отказывалась «есть», возможно, потому что её застали между «приемами пищи».

Уникальные возможности ALMA для понимания эволюции галактик

«Эти уникальные наблюдения ALMA показывают, как черные дыры активно «питаются» во время крупного слияния галактик — события, которое, как мы сильно подозреваем, критически важно для установления наблюдаемой связи между ростом черной дыры и эволюцией галактики. Только сейчас, благодаря уникальным и революционным возможностям ALMA, такое исследование стало осуществимым», — говорит Эзекиэль Трейстер, главный исследователь этого проекта и соавтор исследования.

ALMA также обнаружила, что многие активные черные дыры находятся слегка не по центру от своих основных вращающихся газовых дисков. Это может быть свидетельством бурных гравитационных «разборок», которые смещают черные дыры во время слияний галактик. Вместе эти результаты показывают, что в столкновениях галактик наличие достаточного количества энергии для «кормления» СМЧД — это лишь половина истории. Время, турбулентность и пыль решают, когда и загорятся ли обе черные дыры.

Больше информации: Makoto A. Johnstone et al, Molecular Gas in Major Mergers Hosting Dual and Single AGNs at <10 kpc Nuclear Separations, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae1600

Источник: National Radio Astronomy Observatory