Новое исследование, объединяющее данные Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории и рентгеновской космической обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства, преподнесло сюрприз. Большинство огромных черных дыр в центрах галактик за последние 11 миллиардов лет не были включены в результате слияний между галактиками, как считалось ранее..
В центре большинства, если не всех, крупных галактик скрывается сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллионы, а иногда и в миллиарды раз превышает массу Солнца. Во многих галактиках, в том числе в нашем Млечном Пути, центральная черная дыра тихая. Но в некоторых галактиках, особенно в начале истории Вселенной [1], центральный монстр питается материалом, который испускает интенсивное излучение, когда падает в черную дыру.
Одна неразгаданная загадка заключается в том, откуда берется материал, активирующий спящую черную дыру и вызывающий сильные вспышки в центре галактики, так что затем она становится активным галактическим ядром. До сих пор многие астрономы считали, что большинство этих активных ядер включаются, когда две галактики сливаются или когда они проходят близко друг к другу, и разрушенный материал становится топливом для центральной черной дыры. Однако новые результаты показывают, что эта идея может быть неверной для многих активных галактик.
Виола Аллевато (Институт плазмофизики им. Макса Планка; Excellence Cluster Universe, Гархинг, Германия) и международная группа ученых из коллаборации COSMOS [2] подробно изучили более 600 таких активных галактик. в хорошо изученном участке неба, называемом полем КОСМОС [3]. Как и ожидалось, астрономы обнаружили, что чрезвычайно яркие активные ядра встречаются редко, тогда как основная масса активных галактик за последние 11 миллиардов лет была лишь умеренно яркой. Но был сюрприз; новые данные показали, что большинство из этих более распространенных, менее ярких активных галактик, даже оглядываясь далеко в прошлое, не были вызваны слияниями между галактиками [4]. Результаты будут опубликованы в The Astrophysical Journal.
Присутствие активных галактических ядер подтверждается рентгеновским излучением вокруг черной дыры, которое было получено космической обсерваторией ESA XMM-Newton. Эти галактики впоследствии наблюдались с помощью Очень Большого Телескопа ESO, который смог измерить расстояния до галактик [5]. В совокупности наблюдения позволили команде составить трехмерную карту, показывающую, где находятся активные галактики.
«На это ушло более пяти лет, но мы смогли предоставить один из самых больших и полных реестров активных галактик в рентгеновском небе», - сказала Марселла Бруса, один из авторов исследования.
Астрономы могли бы использовать эту новую карту, чтобы выяснить, как были распределены активные галактики, и сравнить это с предсказаниями теории. Они также могли видеть, как распределение менялось по мере старения Вселенной - от 11 миллиардов лет назад почти до наших дней.
Команда обнаружила, что активные ядра в основном находятся в больших массивных галактиках с большим количеством темной материи [6]. Это было неожиданностью и не соответствовало предсказанию теории - если большинство активных ядер были следствием слияний и столкновений между галактиками, то ожидалось, что они будут обнаружены в галактиках с умеренной массой (примерно в триллион раз больше массы Солнца).). Команда обнаружила, что наиболее активные ядра находятся в галактиках с массой примерно в 20 раз больше, чем значение, предсказанное теорией слияния.
«Эти новые результаты дают нам новое представление о том, как сверхмассивные черные дыры начинают свое питание», - говорит Виола Аллевато, ведущий автор новой статьи.«Они указывают на то, что черные дыры обычно питаются процессами внутри самой галактики, такими как нестабильность дисков и вспышки звезд, а не столкновениями галактик».
Алексис Финогенов, руководивший работой, заключает: «Даже в далеком прошлом, почти 11 миллиардов лет назад, столкновения галактик могли составлять лишь небольшой процент умеренно ярких активных галактик. были ближе друг к другу, поэтому ожидалось, что слияния будут более частыми, чем в недавнем прошлом, поэтому новые результаты тем более удивительны».
Примечания
[1] Самые яркие активные галактики были наиболее распространены во Вселенной примерно через три-четыре миллиарда лет после Большого взрыва, а менее яркие объекты - гораздо позже, достигнув своего пика примерно через восемь миллиардов лет после Большого взрыва.
[2] Новое исследование основано на двух крупных европейских астрономических программах: обзоре поля COSMOS XMM-Newton под руководством профессора Гюнтера Хасингера и zCOSMOS ESO под руководством профессора Саймона Лилли. Эти программы являются частью инициативы COSMOS, международного проекта по наблюдению за участком неба с использованием космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА, рентгеновских телескопов ЕКА XMM-Newton и НАСА Чандра, а также инфракрасного космического телескопа НАСА Спитцер в дополнение к наблюдения Очень Большого Телескопа ESO и других наземных средств.
[3] Поле КОСМОС имеет площадь, примерно в десять раз превышающую площадь полной Луны, в созвездии Секстанта (Секстанта). Он был нанесен на карту с помощью множества телескопов на разных длинах волн, так что серия исследований может извлечь пользу из этого огромного количества данных.
[4] Работа, опубликованная в прошлом году космическим телескопом Хаббла НАСА/ЕКА (heic1101: https://www.spacetelescope.org/news/heic1101/), показала отсутствие сильной связи между активными ядрами в галактик и слияний в выборке относительно близких галактик. Это исследование заглянуло примерно на восемь миллиардов лет в прошлое, но новая работа отодвинула этот вывод на три миллиарда лет вперед, к тому времени, когда галактики были упакованы еще ближе друг к другу.
[5] Команда использовала спектрограф на VLT, чтобы разделить слабый свет от галактик на составляющие его цвета. Затем тщательный анализ позволил им определить красное смещение: насколько свет растянулся из-за расширения Вселенной с тех пор, как он вышел из галактик, и, следовательно, насколько они удалены. Поскольку свет распространяется с конечной скоростью, это также говорит нам о том, как далеко назад во времени мы видим эти далекие объекты.
[6] Темная материя - это загадочное вещество, которое образует невидимый компонент большинства, если не всех, галактик (активных или нет), включая наш собственный Млечный Путь. Авторы оценили количество массы темной материи в каждой галактике, что указывает на ее общую массу, исходя из распределения галактик в новом исследовании.
Подробнее
Команда состоит из В. Аллевато (Институт Макса Планка по плазмофизике [IPP]; Excellence Cluster Universe, Гархинг, Германия), А. Финогенов (Макс-Планк-Институт внеземной физики [MPE], Гархинг, Германия и Мэрилендский университет, Балтимор, США), Н. Каппеллути (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Италия и Мэрилендский университет, Балтимор, США), T. Miyaji (Национальный автономный университет Мексики, Энсенада, Мексика и Калифорнийский университет в Сан-Диего, США), G Хасингер (IPP), М. Сальвато (IPP, Excellence Cluster Universe, Гархинг, Германия), М. Бруса (MPE), Р. Гилли (INAF-OA), Г. Заморани (INAF-OA), Ф. Шанкар (Институт астрофизики им. Макса Планка, Гархинг, Германия), Дж. Б. Джеймс (Калифорнийский университет в Беркли, США и Копенгагенский университет, Дания), Х. Дж. Маккракен (Парижская обсерватория, Франция), А. Бонджорно (MPE), А. Мерлони (Excellence Cluster Universe, Гархинг, Германия и MPE), Дж. А. Пикок (Калифорнийский университет в Беркли, США), Дж. Сильверман (Токийский университет, Япония) и А. Комастри (INAF-OA).