Даже у самых ненасытных космических обжор — черных дыр — есть предел. Учёные выяснили, что когда сверхмассивные черные дыры в сердцах галактик достигают массы около 50 миллиардов Солнц, они могут утратить главный источник питания — газовые аккреционные диски. Именно они долгое время служили своеобразными «космическими откормочными площадками».

Чёрные дыры-обжоры: Почему даже вселенским гигантам приходится садиться на диету?

«Когда черная дыра достигает определенного предела массы, она может буквально съесть всё, что её кормило, и остаться голодной.»

Как черные дыры растут?

Газовый диск — основной источник пищи

У большинства галактик в центре располагается сверхмассивная черная дыра. Вокруг неё формируется регион пространства, где газ оседает в виде орбитального диска. Этот газ постепенно теряет энергию и падает внутрь, питая черную дыру.

Однако:

  • Эти диски нестабильны.
  • Они склонны собираться в звезды, прежде чем весь газ будет поглощён.
  • Если черная дыра слишком массивна, она может начать поглощать не только газ, но и сам диск, разрушая механизм своего роста.

Теоретический предел: 50 миллиардов масс Солнца

Почему черные дыры не растут бесконечно?

Учёные уже давно подозревали, что у черных дыр должен быть предел роста. В 2008 году астрофизики Прия Натараян и Йезекиель Трейстер провели расчёты, основываясь на том:

  1. Сколько газа черные дыры поглотили в ранней Вселенной.
  2. Сколько газа осталось к настоящему времени.

На основании этого они пришли к выводу:

Максимальный размер сверхмассивной черной дыры составляет около 50 миллиардов солнечных масс.

Современное подтверждение

Исследование Эндрю Кинга

Астроном Эндрю Кинг из Университета Лестера решил перепроверить старые оценки, вдохновлённый открытиями всё более массивных черных дыр — вплоть до 40 миллиардов солнечных масс. Он выяснил:

  • При достижении определённой массы внешние слои черной дыры мешают формированию стабильного газового диска.
  • Без диска черная дыра не может больше активно расти.

«Если вы не сольётесь с другим монстром, вы не заметите почти никакой разницы в массе черной дыры», — говорит Кинг.

Можно ли вырасти больше?

Только слияния — но это редкость

После потери аккреционного диска черная дыра может наращивать массу лишь:

  • При слиянии с другой черной дырой
  • При случайном поглощении звезды

Но эти процессы крайне редки и не сравнятся по эффективности с питанием через диск.

Альтернативный взгляд

Натараян: не только диск, но и окружение

Хотя Натараян согласна с верхним пределом, она подчёркивает, что модель Кинга упрощает реальность. Его расчёты ориентированы на устойчивость диска, но, по её мнению, не стоит забывать про среду вокруг черной дыры.

«Стоит принимать во внимание окружение центра галактики, в котором находится черная дыра. Недостаточно просто смотреть на гравитационную стабильность», — говорит Натараян.

Она указывает на важный эффект:

  • Рентгеновское излучение от падающего газа расчищает окрестности.
  • Если черная дыра «ест» слишком быстро, она может буквально сдуть весь обеденный стол, лишив себя пищи.

Вывод

Черные дыры действительно имеют верхний предел роста. Он составляет около 50 миллиардов масс Солнца и обусловлен как внутренними ограничениями — потерей аккреционного диска, — так и внешними — окружающей средой, которая не может бесконечно подпитывать космического гиганта.

Даже самые ненасытные чудовища во Вселенной в итоге сталкиваются с голодом.