Надмасивні чорні діри можуть рости без великих зіткнень галактик – DESI знайшов 546 таких систем

Надмасивним чорним дірам, імовірно, не обов’язково потрібні великі злиття галактик, щоб набирати масу разом зі своїми господарями. Астрономи проаналізували 2435 дискових галактик з активними ядрами й виявили серед них 546 систем практично без центрального балджа – структури, яку часто пов’язують із бурхливою історією галактичних зіткнень.

Роботу опубліковано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Вибірку склали на основі спектроскопічних даних DESI, а команду очолила Софі Джуелл з Оксфордського університету.

Дослідники шукали дискові галактики з активними ядрами – тобто надмасивними чорними дірами, які зараз поглинають речовину. Зображення розкладали на окремі компоненти, відокремлюючи диск, балдж, перемичку та центральне джерело.

У результаті вдалося зібрати 546 практично безбалджевих галактик з активними чорними дірами – більш ніж у п’ять разів більше, ніж у попередніх порівнянних вибірках.

Чорні діри ростуть разом з усією галактикою

Ключовий результат з’явився під час порівняння маси чорної діри із загальною масою зір у галактиці.

У систем без помітного балджа ця залежність виявилася практично такою самою, як в інших досліджених дискових галактик. Інакше кажучи, маса центральної чорної діри й далі масштабується з масою всієї галактики навіть там, де немає очевидних ознак великих злиттів.

Зовсім іншу картину вчені побачили, коли порівняли масу чорних дір лише з масою балджа. Між галактиками з центральним потовщенням і без нього виникла розбіжність більш ніж на 7σ.

У багатьох безбалджевих системах чорні діри виявилися занадто масивними щодо невеликої кількості зір у центральній області.

Автори вважають це аргументом на користь того, що спостережуваний зв’язок між ростом галактик і їхніх чорних дір може формуватися не лише через великі зіткнення.

Чорну діру можуть годувати спокійніші процеси

Альтернативою стають так звані секулярні процеси – поступова еволюція самої галактики без великого зовнішнього збурення.

Газ здатен повільно рухатися до центру вздовж спіральних рукавів і зоряних перемичок, поступово стаючи паливом для надмасивної чорної діри. Такий механізм може працювати протягом дуже тривалого часу без потреби зіштовхувати дві великі галактики.

Це узгоджується і з ранішими дослідженнями: активні чорні діри в практично безбалджевих галактиках знаходили й раніше, але нові дані DESI дали змогу вперше вивчити подібну популяцію в значно більшому масштабі.

Препринт дослідження також доступний на arXiv.

Водночас відсутність виразного балджа не доводить, що конкретна галактика ніколи ні з чим не стикалася. У роботі таку морфологію використовують як ознаку відносно спокійної історії без великих злиттів. Дрібні зіткнення та інші зовнішні взаємодії повністю виключити не можна.

Симуляції не знаходять частину таких чорних дір

Дослідники також порівняли спостереження з космологічною симуляцією Horizon-AGN і виявили ще одну проблему: модель не змогла відтворити велику кількість маломасивних чорних дір, наявних у вибірці DESI.

Це може означати, що сучасні моделі еволюції галактик недооцінюють ріст певної популяції надмасивних чорних дір у спокійних дискових системах.

Уточнити результат мають майбутні спостереження телескопів Euclid і Nancy Grace Roman Space Telescope. Їхні детальніші зображення дадуть змогу виявляти слабкі центральні структури й перевірити, чи справді частина досліджених галактик практично повністю позбавлена балджа.

Якщо висновок підтвердиться, великі галактичні злиття залишаться одним зі способів швидко постачати чорні діри газом, але перестануть виглядати обов’язковою умовою їхньої спільної еволюції з галактикою.