Більшість науковців вважає, що надмасивні чорні діри заважають утворенню зір та планет, витягуючи з простору речовину, з якої вони могли сформуватися. Однак нещодавнє дослідження показує, що все може бути навпаки.
Пилові світи в акреційних дисках чорних дір
Поширеним міфом про чорні діри є те, що вони діють як гігантські космічні пилососи, засмоктуючи все навколо себе. Однак дослідження Володимира Ліри виявило новий механізм навколо надмасивних чорних дір, який більше нагадує космічний розплідник, де народжуються планети, масивніші за Юпітер. Про це повідомляє сайт phys.org.
Ліра, доцент кафедри астрономії в Університеті штату Нью-Мексико, опублікував свою статтю «Тори активних ядер галактик: потенційне місце народження мільйонів планет» разом із Бхупендрою Мішрою, який наразі працює в підготовчій школі Санта-Фе.
Астрономи висунули гіпотезу, що чорні діри малої маси, які обертаються в диску навколо надмасивної чорної діри, можуть поводитися так само, як протопланети навколо Сонця. Вони мігруватимуть, змінюватимуть свої орбіти, зіштовхуватимуться з іншими чорними дірами та утворюватимуть масивніші об’єкти. Це принципово інший механізм формування масивних чорних дір, ніж усі відомі раніше. Згодом учені розвинули цю ідею в повноцінну теорію, відому як «канал активних галактичних ядер». Вона вже має переконливі спостережні підтвердження.
Команда Ліри виявила, що у зовнішніх областях акреційних дисків навколо надмасивних чорних дір можуть панувати умови, подібні до тих, що спостерігаються в акреційних дисках навколо молодих світил. Подібно до протопланетних дисків, диски навколо надмасивних чорних дір містять об’єкти з масою, порівнянною з масою планет, що складаються виключно з пилу.
За допомогою комп’ютерної моделі команда Ліри змоделювала умови у зовнішніх областях цих дисків і з’ясувала, як пил згущувався у скупчення та як зароджувані планети зростали протягом мільйонів років.
Перетворення гігантських планет на зорі
«Найбільшою несподіванкою стала кількість планет та їхні розміри — те, наскільки величезними й масивними вони можуть стати протягом періоду існування активних ядер галактик», — зазначив Мішра.
Комп’ютерні моделювання показують, як компактна центральна область галактики, відома як активне ядро галактики (AGN), генерує величезну енергію за рахунок речовини, що падає в надмасивну чорну діру, внаслідок чого пил і газ нагріваються та яскраво світяться, утворюючи масивні екзопланети.
Оскільки ці екзопланети мають таку велику масу, вони розташовані в діапазоні, де можуть запустити процес ядерного синтезу та перетворитися на зорі.
«Це механізм утворення світил, який ми відкрили вперше, — сказав Ліра. — Зазвичай зорі утворюються в результаті так званого гравітаційного колапсу. Це процес «зверху вниз»: спочатку утворюється газ, з’являється велика хмара газу, яка виявляється надто щільною, тому колапсує під власною вагою. Зазвичай все починається з чогось великого, що колапсує, утворюючи зорю. Наш механізм працює навпаки. Формування відбувається знизу вгору. Спочатку утворюються будівельні блоки, потім до них приєднується газ, і зрештою утворюється зоря».
Надмасивні чорні діри та їх можливе виявлення місією LISA
Команда Ліри вважає, що таке середовище було б ідеальним для утворення великих світил, які могли б колапсувати в чорні діри. Ці чорні діри з часом могли б зіткнутися, утворивши надмасивні чорні діри (масою в кілька сотень разів більшою за сонячну).
«Ці чорні діри просто гігантські, — зазначив Мішра. — Вони у сотні чи тисячі разів більші за Сонце, і якщо вони почнуть рухатися до центру, то також генеруватимуть сигнал, який, ймовірно, буде зафіксований LISA (космічною антеною на основі лазерного інтерферометра) — це буде сигнал гравітаційних хвиль».
LISA — це майбутня космічна обсерваторія, запуск якої Європейська космічна агенція планує здійснити в середині 2030-х років. Вона складатиметься з трьох однакових космічних апаратів, що рухатимуться у формі рівностороннього трикутника та обмінюватимуться між собою лазерними променями. LISA призначена для виявлення та вимірювання гравітаційних хвиль — невидимих пульсацій у структурі простору-часу, спричинених масштабними космічними подіями.
Мікролінзування як метод перевірки теорії
Астрономи хочуть перевірити свою теорію за допомогою явища мікролінзування. Воно полягає в тому, що масивний, часто невидимий об’єкт діє як космічне збільшувальне скло, посилюючи яскравість фонової зорі, що дозволяє перевірити існування нових теоретичних об’єктів.
У цьому випадку, прогнозуючи унікальну, спостережувану «картину яскравості» (криву яскравості), що відповідає конкретному теоретичному об’єкту, науковці можуть шукати відповідний «відбиток» в астрономічних даних, щоб довести свою теорію.
«Ейнштейн вважав, що це ніколи не вдасться спостерігати, оскільки цей «відбиток» надто слабкий, але його теорія дала поштовх цілій новій галузі, — зазначив Ліра. — Це одна з основних методик, які ми використовуємо для пошуку екзопланет. Зараз існує місія NASA вартістю в мільярд доларів — космічний телескоп імені Ненсі Грейс Роман, який за допомогою цієї методики складе карту низки екзопланет».
Дослідники припускають, що це також можна використати для підтвердження правильності їхньої теорії, оскільки, коли планети, що обертаються в диску активного ядра галактики (AGN), проходять уздовж лінії зору цього ядра, вони будуть діяти як гравітаційна лінза для яскравого активного ядра галактики.
Наступні моделювання надмасивних чорних дір
У серпні NASA запустить космічний телескоп Roman. Його поле зору в 100–200 разів перевищує поле зору космічного телескопа Hubble. Оснащений інфрачервоною камерою з роздільною здатністю 300 мегапікселів, Roman зможе отримувати широкі панорамні знімки Всесвіту з високою роздільною здатністю.
Але команда не чекає на це. Вона вже планує наступне комп’ютерне моделювання, яке буде зосереджене на прогнозуванні електромагнітних аналогів гравітаційних хвильових подій. У планах команди науковців створити у повномасштабній комп’ютерній моделі такий сценарій, де буде чорна діра, газ, що рухається по спіралі, а також магнітні поля з усією турбулентністю, що відбуватиметься у самому моделюванні.
