Массивные черные дыры в ядрах крошечных карликовых галактик встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее, согласно новым результатам, представленным на пресс-конференции Американского астрономического общества в понедельник. Полученные результаты помогут астрономам понять, как в первую очередь новорожденная Вселенная породила сверхмассивные черные дыры.
В большинстве крупных галактик, таких как наш собственный Млечный Путь, находятся сверхмассивные черные дыры массой в миллионы или даже миллиарды солнечных масс. Если они активно накапливают материал из своего окружения, они иногда могут затмить свою галактику-хозяина. Такие квазары наблюдались в ранней Вселенной, что указывает на то, что массивные черные дыры росли невероятно быстро из более мелких “семян».
Однако астрономы не знают природы этих первых семян. Возможно, процесс роста начался с вездесущих остатков самого первого поколения чрезвычайно массивных звезд, известных как звезды третьего поколения. Эти “семена” черной дыры имели бы массу, примерно в 100 раз превышающую массу Солнца, и могли бы получить дополнительную массу в результате последующих столкновений и слияний.
В качестве альтернативы огромные нестабильные массы первичного газа могли попасть в центры галактик, непосредственно схлопнувшись одним махом в очень массивные черные дыры (до нескольких сотен тысяч солнечных масс).
Поскольку раннюю Вселенную трудно изучить в деталях, астрономы сосредотачиваются на близлежащих карликовых галактиках. В то время как более крупные галактики, такие как Млечный Путь, являются результатом слияний, “карликовые галактики оставались относительно нетронутыми в течение космического времени”, — объясняет Мэллори Молина (Университет штата Монтана). Так что, если в карликах находятся массивные черные дыры, они открывают окно в прошлое.
До сих пор в карликовых галактиках было обнаружено несколько гигантских черных дыр, в основном в довольно массивных, с небольшой активностью звездообразования. Но в статье от 1 декабря в Астрофизическом журнале (препринт доступен здесь) команда во главе с Молиной и Эми Рейнс (также из штата Монтана) представляет доказательства существования сверхмассивных черных дыр в 81 карлике, которые являются как меньшими, так и более активно формирующимися звездами.
Предыдущие исследования пропустили эти черные дыры, потому что их широкое излучение видимого света размывается более сильным свечением областей звездообразования. Чтобы увидеть свет новорожденных звезд, астрономы искали красную линию излучения высокоионизированных атомов железа в спектроскопических данных Цифрового обзора неба Слоана для десятков тысяч карликовых галактик. Звездный свет недостаточно энергичен, чтобы вызвать такой экстремальный уровень ионизации, но рентгеновские лучи от горячего газа, выдуваемого центральной черной дырой, могут сделать свое дело.
Систематический поиск команды выявил только активные черные дыры, поэтому общий процент карликовых галактик, в которых находятся сверхмассивные черные дыры, до сих пор неизвестен. “Это вопрос на миллион долларов в этой области”,-говорит Молина. “То, что мы обнаружили, — это только верхушка айсберга”. Тем не менее, новый результат имеет значение для наших представлений о росте сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.
Как объясняет Райан Хикокс (Дартмутский колледж), сценарий прямого коллапса не мог быть очень распространенным. “Трудно сжимать большие объемы газа в крошечной области пространства, так как они будут иметь тенденцию к фрагментации”, — говорит он. Таким образом, чем больше сверхмассивных черных дыр вы обнаружите в карликовых галактиках, тем меньше вероятность того, что все они вызваны прямым коллапсом.
На той же пресс-конференции Хикокс представил неопубликованные данные рентгеновской обсерватории Чандра о карликовой галактике Маркарян 462, которые указывают на наличие сверхмассивной черной дыры, сильно скрытой пылью.
“Это одна из первых затемненных черных дыр в карликовой галактике”, — говорит он. “Такие объекты, возможно, были пропущены до сих пор в более ранних опросах, так что это также указывает на гораздо большее население”.
“Оба исследования, похоже, подтверждают идею о том, что большие черные дыры на самом деле довольно распространены в карликовых галактиках, просто их труднее обнаружить, чем сверхмассивные черные дыры в галактиках” нормального «размера»,-говорит Сера Маркофф (Амстердамский университет), которая не участвовала ни в одном из исследований. “И это благоприятствовало бы модели населения III [для происхождения сверхмассивных черных дыр], хотя все еще остается большой проблемой, как именно они будут расти так быстро”.
К сожалению, наблюдения карликовых галактик в локальной вселенной не дадут полного ответа на вопрос о происхождении сверхмассивных черных дыр. “Хотя рост из более мелких семян теперь начинает казаться более разумным сценарием, — говорит Молина, — что нам действительно нужно, так это наблюдать за их формированием в ранней Вселенной. Космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, наконец-то поможет в этом”.
