АНКа Дня: Выпуск N31

---

29.07.2003. История аккреции

из статьи Андреа Комастри (Andrea Comastri)
astro-ph/0307426

Кроме аннигиляции (довольно экзотического процесса), самым мощным энерговыделением во Вселенной обладает банальное падение вещества в поле тяжести - аккреция. Все помнят из школьного курса физики, что энергия падающего кирпича после его столкновения с Землей (или головой) и остановки переходит в тепло. Чем в более глубокую яму падает кирпич, тем больше энергии (при той же массе) будет выделено. Самые "глубокие ямы" во Вселенной - черные дыры. При некоторых ухищрениях (вращение) удается выделить до 42 процентов от энергии покоя падающего тела. Задумайтесь, если вы кинете атомную бомбу на нейтронную звезду (или кинете две бомбы в черную дыру так, чтобы они столкнулись вблизи горизонта: у дыры-то нет поверхности), то энергии выделится намного больше, чем если бы эта бомба просто взорвалась! Поэтому аккрецирующие черные дыры и нейтронные звезды "видны" очень хорошо. Причем, светят они в рентгеновском диапазоне, т.к. энергии выделяется много и уносить ее приходится "большими квантами" - рентгеновскими.

Мы неоднократно рассказывали в наших статьях и обзорах об эддингтоновском пределе светимости: для всякого объекта существует некоторый предел светимости, выше которого излучение будет выбрасывать своим давлением "лишнее" вещество. Этот предел пропорционален массе источника. Если аккреция идет на нейтронную звезду с массой около солнечной, то максимальная светимость составляет примерно 10³⁸ эрг/с (или 10³¹ ватт). Поэтому чем массивнее объект, тем ярче (в принципе) он может светить. Ясно, что сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик должны быть ярчайшими постоянными (не взрывными) источниками во Вселенной.

Излучение множества далеких активных ядер галактик сливается в сплошной рентгеновский фон. Только с помощью новейшего оборудования спутника Чандра удалось разрешить практически весь фон (около 90 процентов) на точечные источники. И только с помощью огромной собирающей площади другого рентгеновского спутника - ХММ-Ньютон - удалось получить спектры многих из этих источников. Такие обзоры активных ядер, питаемых аккрецией на сверхмассивные черные дыры, дает картину эволюции аккреционной светимости Вселенной.

На рисунке показано распределение активных ядер галактик, зарегистрированных Чандрой и Ньютоном, по красному смещению. Верняя гистограмма - все источники из общей выборки Чандры и ХММ-Ньютон. Красная заштрихованная область - оптически отождествленные источники. Сплошная кривая - результаты моделирования.

Видно, что распределение (равно как и результаты моделирования) имеют достаточно отчетливый максимум на красном смещении порядка единицы. "Завал" на бОльших смещениях реален. Там (точнее "тогда") и правда меньше сверхмассивных черных дыр с мощной аккрецией: эти "монстры" стали активно "пожирать" газ недавно (по космологическим меркам). Разница между заштрихованной и белой областями гистограммы показывает, что множество активных ядер не наблюдаются в оптике из-за мощного поглощения, которое связано с пылью и более существенно в оптической части спектра.

Подобные исследования позволяют лучше понять историю образования и существования галактик, а значит и лучше понять историю нашей с вами Вселенной.