Новые данные из рентгеновской обсерватории Чандра НАСА ставят под сомнение господствующие идеи о том, как растут черные дыры в центрах галактик. Астрономы долго думали, что сверхмассивная черная дыра и выпуклость звезд в центре ее галактики растут с одинаковой скоростью - чем больше выпуклость, тем больше черная дыра. Однако новое исследование данных Чандры выявило две близлежащие галактики со сверхмассивными черными дырами, которые растут быстрее, чем сами галактики.
Масса гигантской черной дыры в центре галактики обычно составляет крошечную долю - около 0,2 процента - массы, содержащейся в выпуклости или в области плотно упакованных звезд, окружающих ее. Цели последнего исследования Чандры, галактики NGC 4342 и NGC 4291, имеют черные дыры в 10–35 раз массивнее, чем их следует сравнивать с их выпуклостями. Новые наблюдения с Чандрой показывают, что гало или массивные оболочки темной материи, в которых находятся эти галактики, также имеют избыточный вес.
Это исследование предполагает, что две сверхмассивные черные дыры и их эволюция связаны с их ореолами темной материи и не растут в тандеме с галактическими выпуклостями. С этой точки зрения черные дыры и гало темной материи не имеют избыточного веса, но общая масса в галактиках слишком мала.
«Это дает нам больше доказательств связи между двумя самыми загадочными и самыми темными явлениями в астрофизике - черными дырами и темной материей - в этих галактиках», - сказал Акос Богдан из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс. ., который вел новое исследование.
NGC 4342 и NGC 4291 близки к Земле в космическом плане, на расстоянии 75 миллионов и 85 миллионов световых лет. Астрономы знали из предыдущих наблюдений, что эти галактики содержат черные дыры с относительно большими массами, но не уверены, что является причиной несоответствия. Однако, основываясь на новых наблюдениях Чандры, они могут исключить явление, известное как отлив приливов и отливов.
Приливное отливание происходит, когда некоторые звезды галактики удаляются под действием силы тяжести во время близкого столкновения с другой галактикой. Если бы такое приливное снятие имело место, ореолы в основном бы отсутствовали. Поскольку темная материя распространяется дальше от галактик, она более слабо связана с ними, чем звезды, и с большей вероятностью будет оторвана.
Чтобы исключить приливную зачистку, астрономы использовали Чандру, чтобы найти доказательства наличия горячего рентгеновского газа вокруг двух галактик. Поскольку давление горячего газа, оцененное по рентгеновским снимкам, уравновешивает гравитационное притяжение всего вещества в галактике, новые данные Чандры могут предоставить информацию о гало темной материи. Было обнаружено, что горячий газ широко распределяется вокруг NGC 4342 и NGC 4291, подразумевая, что в каждой галактике имеется необычно массивное гало темной материи и что приливные отливы маловероятны.
«Это самое ясное доказательство того, что в соседней вселенной черные дыры растут быстрее, чем их галактика», - сказал соавтор Билл Форман, также из CfA. «Дело не в том, что галактики были скомпрометированы близкими встречами, но вместо этого у них было какое-то замедленное развитие».
Как может масса черной дыры расти быстрее, чем звездная масса ее галактики-хозяина? Авторы исследования предполагают, что большая концентрация газа, медленно вращающегося в галактическом центре, - это то, что черная дыра потребляет очень рано в своей истории. Он быстро растет, и по мере роста количество газа, которое он может нарастить или проглотить, увеличивается вместе с выходом энергии от аккреции. После того, как черная дыра достигает критической массы, вспышки, вызванные постоянным потреблением газа, препятствуют охлаждению и ограничивают производство новых звезд.
«Возможно, сверхмассивная черная дыра достигла огромных размеров, прежде чем в галактике было много звезд», - сказал Богдан. «Это значительное изменение в нашем мышлении о том, как галактики и черные дыры развиваются вместе».
Результаты были представлены 11 июня на 220-м заседании Американского астрономического общества в Анкоридже, Аляска. Исследование также было принято к публикации в Астрофизическом Журнале.
