Российские астрофизики: Слияние галактик незаметно уничтожает звёзды

17.02.2017



Всё указывает на то, что в ходе слияния галактик звёзды активно уничтожаются сверхмассивными чёрными дырами, но почему-то в телескопы эти процессы не видны.

Учёные из МФТИ, Оксфордского университета и Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) оценили, сколько звёзд разрушается при слиянии двух галактик, в центрах которых находятся сверхмассивные чёрные дыры. Полученные результаты указали на то, что после этого процесса может происходить энергичное уничтожение звёзд, причём по каким-то причинам его трудно заметить со стороны. Соответствующая статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Исследователи рассчитали, как при слиянии галактик меняется темп захвата и уничтожения звёзд чёрными дырами в центрах этих галактик. Также они рассмотрели, как этот процесс протекает при разных массах центральных чёрных дыр и разных геометриях ядер галактик. Как оказалось, при любых начальных условиях в сливающихся галактиках центральная чёрная дыра часто разрушает звёзды — по одной в 10 000 лет. Это противоречит реальным астрономическим наблюдениям, в ходе которых такие процессы регистрируют куда реже. Поглощения звёзд чёрными дырами удалось заметить всего полсотни раз. Каждое такое разрушение теоретически легко фиксируется, потому что сопровождается сильным свечением в разных диапазонах:

Авторы отмечают, что раньше расхождение теории и наблюдаемой практики объясняли несовершенством имеющихся моделей, но после их работы на этот аргумент будет трудно опереться. Они полагают, что разрушения звёзд происходят именно настолько часто, как у них в модели. Учёные считают, что эти процессы по каким-то причинам просто не видны нашим телескопам. Есть смысл разобраться в том, что именно маскирует разрушение звёзд при слиянии галактик и можно ли с этой маскировкой справиться.

Через несколько миллиардов лет наша галактика сольётся с соседней и чёрные дыры тоже начнут уничтожать звёзды в ней

Для моделирования событий, происходящих при таком слиянии, часто используется простейшая модель галактики со сферическим ядром, в центре которого находится сверхмассивная чёрная дыра, СМЧД, — своего рода сферическая галактика в вакууме. Вокруг СМЧД вращаются звёзды, и когда они проходят близко друг к другу, то меняют траектории своего движения за счёт гравитационного взаимодействия. В соответствии с этой простейшей моделью захват звёзды СМЧД и последующее разрушение светила гравитацией дыры должны происходить раз в 1–10 тысяч лет. На практике, как отмечено выше, это случается куда реже. Попытки приблизить модель к реальности, например сделать массы звезды разными, приводят лишь к ещё более частым столкновениям с чёрными дырами.

В научной литературе обсуждался лишь один механизм, способный помирить модель с реальностью, — если большинство звёзд с малым моментом импульса исчезнет. Когда "лишние" светила пропадут из расчётов, частота их разрушения будет совпадать с предсказаниями моделей. Но встаёт вопрос: куда именно может пропасть сразу множество столь заметных и массивных объектов? Дело в том, что при слиянии галактик в центре образующейся единой галактики некоторое время сосуществуют сразу две СМЧД. Если обычная звезда будет пролетать мимо них, то гравитация вращающейся вокруг общего центра тяжести пары дыр способна вышвырнуть её за пределы галактики. При каждом таком забросе пролетающих мимо звёзд они заимствуют кинетическую энергию у ЧД, и у тех она неизбежно уменьшается. Со временем из-за этого обе дыры сблизятся и упадут друг на друга.

Чтобы проверить, так это или нет, в МФТИ создали более сложную и продвинутую модель слияния не "сферических галактик в вакууме", а вполне реальных. При наблюдавшихся слияниях образующееся ядро как минимум первое время имеет далеко не сферическую форму. Из-за нарушения его формы звёзды сильнее перемешиваются, поэтому больше звёздных орбит пролегает близ центральной чёрной дыры. В результате темп захвата, по расчётам, возрастал даже несмотря на выкидывание звёзд чёрными дырами. Таким образом, объяснение редкости наблюдаемых разрушений звёзд чёрными дырами, которое предлагали ранее, не выдерживает столкновения с реальными параметрами слияний галактик.

Лайф ньюс

©РАН 2017