407
Пилові тора навколо активних ядер галактик можуть бути гігантськими «фабриками» планет — така ідея випливає з нової теоретичної роботи астрономів з Державного університету Нью-Мексико, Астрономічного центру імені Миколая Коперника та коледжу CUNY Borough of Manhattan Community College. За розрахунками команди, ці структури, що оточують надмасивні чорні діри, можуть містити десятки мільйонів об’єктів планетарної маси. Про це повідомляє ресурс Sci.News.
Аналог планетних дисків біля чорних дір
Зазвичай планети формуються в протопланетних дисках газу й пилу навколо молодих зір. Але, за словами астрофізика Владіміра Ліри (Wladimir Lyra) та його колег, диски навколо активних галактичних ядер (AGN) можуть працювати подібним чином.
Активні галактичні ядра — це надзвичайно енергійні центри галактик, де надмасивна чорна діра активно поглинає речовину. Навколо них існують товсті, багаті на пил тора. Останніми роками дослідники виявляють усе більше паралелей між фізичними процесами в дисках навколо зір і в дисках AGN, що натякає: механізми формування планет можуть діяти й у цьому екстремальному середовищі.
Як у моделюванні виникають «планети з чистого пилу»
Команда використала комп’ютерне моделювання сильно намагніченого диска AGN. У цій моделі пилові зерна розміром від кількох нанометрів до часток міліметра, які дрейфують із міжзоряного середовища, починають злипатися.
Коли пил концентрується, запускається так званий ефект стримінгової нестійкості (streaming instability) — механізм, відомий з досліджень протопланетних дисків. Він збирає пил у щільні ниткоподібні структури, які під дією власної гравітації колапсують, утворюючи зародки тіл масою від землеподібних до супер-Юпітерів. У деяких випадках маса може дійти до й навіть перевищити межу водневого горіння — поріг, за яким об’єкт уже стає зорею.
За оцінками вчених, в одному такому диску можуть сформуватися десятки мільйонів об’єктів планетарної маси. Далі їхнє зростання підтримують «нарощування гальки» (pebble accretion) та акреція газу протягом приблизно від одного до десяти мільйонів років, що відповідає тривалості активної фази AGN.
«Ми знаходимо об’єкти, маса яких у тисячу разів перевищує масу Землі, але вони складаються з чистого пилу, — пояснює Ліра. — І не тільки це: деякі з них наближаються до маси Сонця».
Від пилових гігантів до нових зір і чорних дір
Автори роботи також пропонують, що чорні діри малої маси, які обертаються в диску навколо надмасивної чорної діри, ведуть себе подібно до планетних зародків у протопланетному диску. Вони можуть мігрувати, змінювати орбіти, зіштовхуватися між собою й зростати, утворюючи масивніші об’єкти.
Цей сценарій команда називає «каналом AGN» (AGN channel) — новим шляхом формування важких чорних дір, відмінним від усіх інших відомих механізмів у Всесвіті. На думку дослідників, на користь цієї ідеї вже накопичено переконливі спостережні свідчення.
Оскільки частина об’єктів у дисках AGN перевищує межу водневого горіння, запропонований механізм фактично відкриває новий шлях утворення зір. Зазвичай зорі виникають «згори донизу»: з великих хмар газу, що стають надто щільними й колапсують. У моделі Ліри процес протилежний — «знизу догори»: спочатку формуються дрібні тверді «цеглинки», вони нарощують газ, і в певний момент народжується зоря.
Сигнали для майбутніх гравітаційно-хвильових обсерваторій
Новонароджені зорі в таких дисках можуть пізніше колапсувати в чорні діри. Деякі з них зливатимуться, утворюючи надважкі чорні діри — потенційні джерела гравітаційних хвиль.
За словами Бхупендри Мішри (Bhupendra Mishra) зі школи Santa Fe Preparatory School, ці чорні діри можуть бути у сотні чи тисячі разів масивнішими за Сонце. Коли вони рухаються до центру диска або зливаються, це повинно породжувати гравітаційно-хвильові сигнали, які, ймовірно, зможе зареєструвати майбутня космічна обсерваторія ESA LISA (Laser Interferometer Space Antenna), запуск якої очікують у середині 2030-х років.
Робота опублікована в журналі Astrophysical Journal під назвою «Active Galactic Nucleus Tori: Potential Birthplace to Millions of Planets». Вона пропонує узгоджену теорію, де один і той самий пиловий диск навколо надмасивної чорної діри може породжувати й планети, й зорі, й нові чорні діри, залишаючи майбутнім спостереженням завдання перевірити ці сміливі прогнози.
Пилові диски біля надмасивних чорних дір можуть народжувати планети з’явилася спочатку на Цікавості.
