Решена загадка роста сверхмассивных черных дыр

Международная группа астрономов обнаружила, что в ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры в составе квазаров порождали очень мощные звездные ветры рекордной скорости, которые не наблюдаются у более современных галактик. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, позволяют решить загадку, почему сверхмассивные черные дыры в какой-то момент прекращали фазу необычно быстрого роста и начинали наращивать массу постепенно.

Хотя точно не установлен механизм возникновения сверхмассивных черных дыр, которые были уже в первый миллиард лет существования Вселенной, известно, что эти объекты проходили через фазу быстрого роста, чем и объясняется их огромная по тем временам масса. В какой-то момент этот рост подавлялся и приходил в соответствие с темпами роста родительских галактик. Механизм такого подавления до сих пор хорошо не изучен, однако предполагалось, что движущей силой является влияние самой черной дыры на галактическую среду.

Астрономы провели наблюдения за 30 квазарами с помощью «Очень большого телескопа» (Very Large Telescope, VLT) в Чили. Красное смещение квазаров лежало в диапазоне от 5,8 до 6,6, что соответствует времени путешествия света от них, равному 12,6-12,8 миллиарда лет, или сопутствующему расстоянию (учитывает закон Хаббла в расширяющейся Вселенной) в 27-28 миллиарда световых лет.

Квазары представляют собой активные и очень яркие ядра древних галактик, питаемые энергией сверхмассивной черной дыры, поглощающей окружающее вещество. Самые старые квазары наблюдались на расстояниях, соответствующих эпохе реионизации, то есть возрасту Вселенной 0,5-1 миллиард лет.

Исследователи заметили, что в спектрах примерно половины изученных квазаров имеются признаки мощных звездных ветров, чья скорость достигала рекордных 17 процентов скорости света. Такие ветры характерны для более далеких (а значит, более ранних) квазаров, чье красное смещение превышает 5,8. Это значит, что более 12,6 миллиарда лет назад квазары рассеивали огромное количество кинетической энергии в межзвездную среду и подавляли аккрецию вещества, отталкивая его от черной дыры. Согласно расчетам, эта энергия в 20 раз превышала значения для более поздних квазаров с красным смещением 2-3 (возраст Вселенной около четырех миллиардов лет). В результате рост сверхмассивной черной дыры тормозился.

Мощные звездные ветры объясняются тем, что примерно в это же время родительские галактики начинают быстро расти, и скорость звездообразования достигает тысячи солнечных масс в год. Межзвездная среда становилась более плотной, аккреция росла и в какой-то момент превышала предел Эддингтона, то есть давление излучения поглощаемой материи становилось столь высоким, что расталкивало вещество из аккреционного диска. С того времени рост черной дыры переставал доминировать над ростом родительской галактики, и оба процесса становились симбиотическими, то есть начиналась фаза общей эволюции.