Большую роль в эволюции галактик играют их слияния друг с другом. Этот процесс протекает особенно ярко, когда сливаются две системы, насыщенные газом. За десятилетия астрономических наблюдений ученые нашли немало доказательств, что этот молекулярный газ обычно скапливается плотным облаком в центре системы. Как следствие, там нередко запускается вспышка звездообразования. Казалось, что и для черных дыр это отличная возможность нарастить массу.
Активное ядро галактики — центральная область, которая своим излучением и яркостью затмевает всю остальную галактику. Это свечение исходит от «кокона» скопившегося газа, падающего в сверхмассивную черную дыру.
По оценкам ученых, примерно 90% активных ядер возникает из-за внутренних процессов и слияний с небольшими галактиками. И все же масштабные слияния, хоть и происходили реже, оставили огромный след в эволюции Вселенной. По расчетам, на них приходится примерно половина всей «нарощенной» массы сверхмассивных черных дыр.
Слияния больших галактик длятся порядка миллиарда лет. За это время расстояние между их центральными областями сокращается с сотен килопарсеков (диаметр Млечного Пути — около 30 килопарсеков) до сотен парсеков (расстояние от Земли до других звезд и огромного облака газа). По предположениям, скачок роста черной дыры должен при этом длиться от сотен тысяч до сотен миллионов лет. Отсюда вопрос: на каком этапе сближения он происходит?
Исходя из результатов компьютерного моделирования, самые яркие вспышки звездообразования и наращивания массы черной дыры возникают при сближении двух активных ядер галактик. Чтобы изучить поведение газа в таких системах, авторы нового исследования использовали данные наблюдений комплекса радиотелескопов ALMA.
Ученые отобрали слияния, расположенные относительно недалеко от Млечного Пути (до 600 тысяч миллионов световых лет, или с красным смещением меньше 0,05), в которых участвуют массивные галактики и наблюдаются активные ядра. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astronomical Journal.
В выборку попали семь слияний массивных галактик: пять с двумя активными ядрами и два с одним активным ядром. Действительно, чем ближе становятся их ядра, тем плотнее скапливается молекулярный газ в центральной области.
В этих объектах часть газа кружит в диске, и требуется время, чтобы он затормозил и начать подпитывать сверхмассивные черные дыры. Но есть и газ, который не движется. Более того, чем массивнее черная дыра, тем плотнее вокруг нее невращающийся газ. Несмотря на это, авторы работы не нашли корреляции между плотностью газа и яркостью активного ядра галактики. Получается, наличие молекулярного газа вблизи центра галактики не обязательно вызывает скачок роста сверхмассивной черной дыры.
«Низкая эффективность роста этих сверхмассивных черных дыр, даже при наличии плотных облаков молекулярного газа, поднимает вопрос о физических условиях, которые необходимы для запуска эпизода роста», — прокомментировал руководитель исследования Макото Джонстоун из Виргинского университета.