Сверхмассивные чёрные дыры могут расти без крупных столкновений галактик – DESI нашёл 546 таких систем

Сверхмассивным чёрным дырам, вероятно, не обязательно нужны крупные слияния галактик, чтобы набирать массу вместе со своими хозяевами. Астрономы проанализировали 2435 дисковых галактик с активными ядрами и обнаружили среди них 546 систем практически без центрального балджа – структуры, часто связанной с бурной историей галактических столкновений.

Работа опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Выборку составили на основе спектроскопических данных DESI, а команду возглавила Софи Джуэлл из Оксфордского университета.

Исследователи искали дисковые галактики с активными ядрами – то есть сверхмассивными чёрными дырами, которые сейчас поглощают вещество. Изображения раскладывали на отдельные компоненты, отделяя диск, балдж, перемычку и центральный источник.

В результате удалось собрать 546 практически безбалджевых галактик с активными чёрными дырами – более чем в пять раз больше, чем в предыдущих сопоставимых выборках.

Чёрные дыры растут вместе со всей галактикой

Ключевой результат появился при сравнении массы чёрной дыры с общей массой звёзд в галактике.

У систем без заметного балджа эта зависимость оказалась практически такой же, как у остальных исследованных дисковых галактик. Иными словами, масса центральной чёрной дыры продолжает масштабироваться с массой всей галактики даже там, где нет очевидных признаков крупных слияний.

Совсем другую картину учёные получили, когда сравнили массу чёрных дыр только с массой балджа. Между галактиками с центральным утолщением и без него появилось расхождение более чем на 7σ.

Во многих безбалджевых системах чёрные дыры оказались слишком массивными относительно небольшого количества звёзд в центральной области.

Авторы считают это аргументом в пользу того, что наблюдаемая связь между ростом галактик и их чёрных дыр может формироваться не только через крупные столкновения.

Чёрную дыру могут кормить более спокойные процессы

Альтернативой становятся так называемые секулярные процессы – постепенная эволюция самой галактики без крупного внешнего возмущения.

Газ способен медленно двигаться к центру вдоль спиральных рукавов и звёздных перемычек, постепенно становясь топливом для сверхмассивной чёрной дыры. Такой механизм может работать на протяжении очень длительного времени без необходимости сталкивать две крупные галактики.

Это согласуется и с более ранними исследованиями: активные чёрные дыры в практически безбалджевых галактиках обнаруживали и раньше, но новые данные DESI позволили впервые изучить подобную популяцию в значительно большем масштабе.

Препринт исследования также доступен на arXiv.

При этом отсутствие выраженного балджа не доказывает, что конкретная галактика никогда ни с чем не сталкивалась. В работе такая морфология используется как признак относительно спокойной истории без крупных слияний. Мелкие столкновения и другие внешние взаимодействия полностью исключить нельзя.

Симуляции не находят часть таких чёрных дыр

Исследователи также сравнили наблюдения с космологической симуляцией Horizon-AGN и обнаружили ещё одну проблему: модель не смогла воспроизвести большое количество маломассивных чёрных дыр, присутствующих в выборке DESI.

Это может означать, что современные модели эволюции галактик недооценивают рост определённой популяции сверхмассивных чёрных дыр в спокойных дисковых системах.

Уточнить результат должны будущие наблюдения телескопов Euclid и Nancy Grace Roman Space Telescope. Их более детальные изображения позволят обнаруживать слабые центральные структуры и проверить, действительно ли часть исследованных галактик практически полностью лишена балджа.

Если вывод сохранится, крупные галактические слияния останутся одним из способов быстро снабжать чёрные дыры газом, но перестанут выглядеть обязательным условием их совместной эволюции с галактикой.