Астрономи проаналізували 2435 галактик, у яких містяться чорні діри, що активно поглинають матерію, використовуючи дані, отримані за допомогою спектроскопічного приладу для дослідження темної енергії (DESI). Серед них вони виявили 546 безбалджевих галактик — систем із незначним центральним зоряним випинанням або взагалі без нього.
Тихе зростання надмасивних чорних дір
Як повідомляє сайт phys.org, науковці припускають, що галактики без центрального випинання формують чорні діри так само ефективно, як і галактики, що мають таку випуклість, — це дивовижний доказ того, що чорні діри не потребують злиття галактик для нормального зростання.
Існує добре встановлений взаємозв’язок між масою центральної чорної діри галактики та властивостями її материнської галактики, такими як маса галактичної випуклості, загальна маса зір та діапазон різних швидкостей усередині галактики. Ці взаємозв’язки свідчать про те, що чорна діра та галактика еволюціонують разом.
Останнім часом дві обставини ускладнили уявлення про цю спільну еволюцію та її рушійні сили. По-перше, космічний телескоп James Webb виявив чорні діри з високим червоним зсувом, які здаються занадто великими для своїх материнських галактик у порівнянні з тим, що передбачають закономірності у локальному Всесвіті. По-друге, James Webb також виявив набагато більше дискових галактик з високим червоним зсувом, ніж очікувалося. Оскільки диски є крихкими структурами, які зазвичай руйнуються під час великих злиттів, їхня чисельність ставить питання про те, як чорні діри зростають у галактиках, що не зазнають злиття.
Моделювання показує, що більша частина зростання чорних дір протягом космічного часу зумовлена довготривалими процесами — поступовими механізмами, не пов’язаними зі злиттями, такими як припливи газу вздовж перетинок та спіральних рукавів. Однак перевірити це за допомогою спостережень складно, оскільки астрономи не можуть безпосередньо побачити повну історію злиття галактик.
Ось як вони доходять такого висновку: вони досліджують галактики без випинання, оскільки сама по собі помітна випуклість зазвичай є свідченням минулих масштабних злиттів. Якщо галактики без випуклостей демонструють нормальне зростання чорних дір, це є непрямим доказом того, що довготривалий процес зростання справді відбувається.
Розкладання світлового профілю галактик
У цьому новому дослідженні команда під керівництвом Софі М. Джуелл з Оксфордського університету використала великий набір спектроскопічних та зображувальних даних з обстеження DESI, щоб перевірити, як надмасивні чорні діри (SMBH) зростають разом зі своїми материнськими галактиками. Спочатку вони сформували вибірку з 2435 дискових галактик, у яких містяться чорні діри, що активно поглинають матерію та зростають.
Щоб визначити, які з цих галактик мали незначне випинання або взагалі не мали його, команда використала автоматизований алгоритм оброблення зображень під назвою GALFITM, щоб розкласти світловий профіль кожної галактики на окремі компоненти — центральне точкове джерело, диск і, за наявності, випинання або перетинки — підбираючи дедалі складніші моделі, доки не знайшли найкращого збігу. Це дозволило їм відокремити 546 галактик, що справді не мають випинання, від 240 галактик із певним компонентом випинання. Команда перевірила свій метод виявлення випуклостей, вставляючи штучні випуклості в реальні зображення та перевіряючи, наскільки надійно їхній технологічний ланцюжок їх відновлював.
Потім дослідники оцінили маси чорних дір за шириною та яскравістю широких ліній випромінювання водню-альфа та порівняли, як маса чорної діри корелювала як із загальною масою світил, так і конкретно з масою випуклості в популяціях галактик без випинання та з випинаннями.
На диво, вони виявили, що галактики без випуклостей все одно демонструють співвідношення маси чорної діри до зоряної маси, яке узгоджується з галактиками, що мають випуклості. Це є вагомою підказкою того, що ріст без злиття може призводити до «нормальної» коеволюції.
Перетинки та спіральні рукави живлять чорні діри у безвипуклих галактиках
Коли порівняння стосувалося саме маси чорної діри та маси випуклості, ситуація стала цікавою. Саме тоді галактики без випуклості та галактики з випуклостями різко розійшлися за своїми характеристиками — що суперечить прогнозам моделі зростання, зумовленого злиттями. Більшість чорних дір у галактиках без балджів були надто масивними у порівнянні з їхніми відносно меншими випуклостями.
Коли команда змоделювала, як ці чорні діри могли зростати з плином часу, результати моделювання показали, що вони могли досягти своїх спостережуваних мас без злиття, вказуючи на зоряні перетинки та спіральні рукави як ймовірні механізми подачі газу.
Команда також виявила, що приблизно дві третини галактик у їхній вибірці мають перетинки, а переважна більшість демонструє видимі спіральні рукави. Відомо, що обидві ці особливості спрямовують газ до центру галактики з достатньою швидкістю, щоб живити чорну діру, що зростає.
Однак дане моделювання науковців має розбіжності з іншими космологічними моделюваннями (такими як Horizon-AGN), що може вказувати на недостатньо велику популяцію надмасивних чорних дір, які були представлені в дослідженні.
Команда зазначає, що космічні телескопи, такі як Euclid і Roman, повинні допомогти знайти відповіді на деякі з цих відкритих питань. Їхні більш чіткі знімки, зроблені з космосу, дозволять виявляти та фіксувати слабкі й невеликі випуклості, що дасть астрономам чіткіше уявлення про те, чи не мають насправді чорних дір ці безбалджеві галактики.
