Команда астрономов, используя оптический телескоп Subaru Telescope, провела инфракрасные наблюдения за яркими, богатыми газом, сливающимися галактиками, с целью изучения активных, интенсивно аккумулирующих массу, черных дыр – SMBH (supermassive black holes) – сверхмассивных черных дыр.
Учёные обнаружили, что по крайней мере одна сверхмассивная черная дыра регулярно наращивает свою яркость за счёт все большей аккумуляции материала. Однако, только небольшая часть наблюдаемых сливающихся галактик характеризуются сверхмассивными черными дырами. Полученные результаты исследований позволяют предположить, что локальные физические условия в окрестностях сверхмассивных черных дыр отвечают за их «активацию», а вовсе не общие свойства галактик, как считалось ранее.
В современной Вселенной темная материя имеет гораздо большую массу, нежели светящаяся материя, поэтому именно она доминирует в процессах образования галактик и их крупномасштабных структур. Общепризнанный «сценарий» формирования галактик из холодной материи предусматривает, что слияния и столкновения небольших галактик приводит к образованию массивных галактических структур. Последние наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры, масса которых может достигать более 41 млн. солнечных масс в большей степени присущи именно массивных галактикам. Размещаются такие черные дыры в больше степени в их центральных районах.
Слияния богатых газом галактик, с последующим образованием в центре сверхмассивной черной дыры, не только активизирует процессы звездообразования, но и стимулирует наращивание массы самой SMBH. Когда материл «поглощается» сверхмассивной черной дырой, окружающий её аккреционный диск становиться очень горячим, что приводит к излучению гравитационной энергии. В результате этого процесса аккреционный диск сверхмассивной черной дыры становиться более ярким.
Этот процесс приводит к образованию так называемого активного галактического ядра (active galactic nucleus — AGN). Следует отметить, что этот процесс высвобождения энергии кардинально отличается от процессов ядерного синтеза, происходящих в пределах звезд. Понимание различий между этими процессами имеет важное значение для анализа физических процессов формирования галактик. Тем не менее, наблюдения за этими процессами является весьма непростой задачей, так как пыль и газ от процессов звёздообразования препятствует проведению оптических наблюдения за сливающимися галактиками. Инфракрасные наблюдения позволяют значительно сократить влияние пылевых эффектов.
Чтобы максимально детально исследовать эти процессы команда астрономов из National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), возглавляемая доктором Masatoshi Imanishi, используя прибор Infrared Camera and Spectrograph (IRCS) и адаптивную оптику телескопа Subaru Telescope, провела исследования процессов слияния галактик в K-диапазоне (длина волны 2.2 микрометров) и L-диапазоне (долина волны 3.8 микрометров). Учёные использовали снимки, полученные в этих длинах волн, чтобы разработать метод дифференциации процессов увеличения яркости, связанных с звездообразованием, от процессов, обусловленных образованием активного галактической ядра.
Радиационная энергоэффективность сверхмассивных черных дыр намного выше, нежели у ядерных реакций синтеза, протекающих внутри звезд. Активная сверхмассивная черная дыра генерирует намного больше горячей пыли, которая приводит к образованию сильного инфракрасного излучение в L-диапазоне.
Так как эффекты исчезновения пыли весьма незначительны в инфракрасном диапазоне, этот метод можно использовать для обнаружения активных сверхмассивных черных дыр. Адаптивная оптика телескопа Subaru Telescope позволила астронома получить снимки, характеризующиеся чрезвычайно высоким пространственным разрешением, что в свою очередь создало все условия для детализированного анализа эмиссии, исходящей от активных сверхмассивных черных дыр, минимизирую при этом эффекты, обусловленные процессами звёздообразования.
Астрономы наблюдали за 29-ю процессами слияния галактик. Результаты исследований показали, что по крайней мере одна активная сверхмассивная черная дыра присуща всем исследуемым галактическим структурам за исключением одной. Это указывает на то, что богатые газом сливающиеся галактики способны формировать сверхмассивные черные дыры.
Таким образом, именно ближайшее окружение сверхмассивных черных дыр, а не общие свойства галактик, определяют интенсивность процессов приращения массы черными дырами. Так как масштаб массового прироста сверхмассивных черные дыр незначителен в сравнении с масштабами галактики, такие явления крайне сложно прогнозировать посредством компьютерного моделирования. Учёные пришли к единогласному мнению, что учёным необходимо больше узнать и ближайшем окружении сверхмассивных черных дыр для того, чтобы максимально полно понимать, как именно происходит поглощение массы. А эти знания в свою очередь позволят создать более точные модели слияния галактик.
