У черных дыр могут рождаться миллионы планет

Ученые выдвинули неожиданную гипотезу: миллионы планет могут формироваться рядом с активными сверхмассивными черными дырами. Речь идет о ярких и бурных областях в центрах галактик, которые называют активными галактическими ядрами. Такие регионы питаются веществом, падающим на сверхмассивные черные дыры, и иногда светят настолько ярко, что превосходят по блеску все звезды своей галактики вместе взятые. Активные галактические ядра возникают, когда сверхмассивная черная дыра окружена огромными объемами газа и пыли. Это вещество закручивается вокруг нее в плоский диск, который называют аккреционным.

Часть вещества постепенно падает в черную дыру, а часть может выбрасываться в виде мощных струй плазмы, направленных от полюсов почти со скоростью света. Сами сверхмассивные черные дыры имеют массу в миллионы или даже миллиарды раз больше массы Солнца. Их гравитация разгоняет газ и пыль в аккреционном диске, создавая сильнейшее трение. Из-за этого вещество нагревается и начинает ярко светиться в разных диапазонах электромагнитного излучения. На первый взгляд такие места кажутся слишком хаотичными и экстремальными для рождения планет.

Хотя активные ядра богаты газом и пылью — тем самым материалом, из которого обычно формируются планеты, — условия рядом с черной дырой выглядят слишком бурными. Однако ученые обратили внимание на окраины аккреционных дисков. Там температура и плотность могут напоминать условия в протопланетных дисках вокруг молодых звезд, где действительно рождаются планеты. Чтобы проверить эту идею, исследователи создали компьютерную модель сверхмассивной черной дыры и ее аккреционного диска. В модель добавили данные об условиях на внешних краях таких дисков и проследили, как частицы пыли могут слипаться, укрупняться и постепенно превращаться в зародыши планет на протяжении миллионов лет. Результат удивил самих авторов работы.

По словам исследователя Бхупендры Мишры из Университета Колорадо в Боулдере, модель показала, что на расстоянии в десятки парсеков от сверхмассивной черной дыры могут образовываться миллионы планет с массой, сравнимой с Юпитером или даже превышающей ее. Один парсек равен примерно 3,3 светового года. Такие объекты ученый описывает как гигантские пылевые планеты, которые могут выглядеть подобно раскаленным лавовым шарам. Это не привычные миры, похожие на Землю, а огромные и, вероятно, крайне необычные тела, сформированные в условиях, которые раньше почти не рассматривались как подходящие для планетообразования.

Ключевую роль в этом процессе, по мнению исследователей, может играть явление, известное как потоковая нестабильность. Оно помогает пыли собираться в крупные структуры и нити, из которых затем могут формироваться более массивные тела. В обычных протопланетных дисках вокруг молодых звезд такой механизм уже рассматривается как важный этап рождения планет. Но применить его к дискам активных галактических ядер оказалось смелой и неожиданной идеей. Мишра отмечает, что аккреционный диск вокруг активной сверхмассивной черной дыры может быть гораздо богаче газом, чем диск вокруг молодой звезды, похожей на Солнце. Поэтому потенциальный масштаб планетообразования там может быть несравнимо больше.

Если вокруг звезды могут возникнуть несколько планет, то на окраинах диска активного галактического ядра, согласно модели, их число может достигать миллионов. При этом такие планеты, вероятно, не остаются навсегда возле места своего рождения. Расчеты показывают, что они могут быть устойчивыми объектами, но со временем будут мигрировать, постепенно удаляясь от сверхмассивной черной дыры и внешних областей аккреционного диска. Иными словами, они способны «покинуть гнездо» довольно быстро по космическим меркам. Авторы исследования признают, что были поражены полученным результатом. По словам Мишры, подобный сценарий ранее не был показан для дисков активных галактических ядер с использованием модели потоковой нестабильности.

Его коллега Владимир Лира, профессор астрономии из Университета штата Нью-Мексико и специалист по формированию планет, также был удивлен диапазоном масс и размеров объектов, которые возникли в расчетах. Если гипотеза подтвердится, она может изменить представления ученых о центрах активных галактик. Окраины аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр пока изучены не так хорошо, и новая модель может помочь лучше понять, какие процессы происходят в этих экстремальных регионах. Однако пока речь идет именно о теоретическом результате. Для подтверждения выводов ученым нужно обнаружить такие планеты наблюдательными методами. Одним из возможных инструментов может стать гравитационное линзирование. Это явление возникает, когда массивный объект находится между Землей и более далеким источником света, искривляя и усиливая его излучение.

В некоторых случаях такой эффект может помочь выявить скопления планет на окраинах диска активного галактического ядра. Но найти подходящую систему будет непросто. Как отмечает Мишра, для успешного обнаружения может потребоваться удачное совпадение условий. Тем не менее ученые считают, что такие планеты в принципе могут быть обнаружены, если модель будет дополнительно изучена и уточнена. Предварительная версия исследования доступна на сервере научных препринтов arXiv. Работа открывает необычный взгляд на происхождение планет и показывает, что планетообразование может происходить не только рядом с молодыми звездами, но и в гораздо более экстремальных местах Вселенной.

• SpaceX вывела на орбиту еще 24 спутника Starlink
• Учёные хотят отправить на Марс робота-шар с «дронами-одуванчиками» для исследования скрытых тоннелей
• Учёные решили сложную задачу для миссий к астероидам: космические аппараты смогут эффективнее «прыгать» от объекта к объекту
• Спутниковые мегасозвездия могут стать «нерегулируемым геоинженерным экспериментом»
• Учёные обнаружили гигантскую вращающуюся структуру во Вселенной: космическую нить длиной 50 миллионов световых лет
• Галерея «обломочных дисков» раскрывает следы астероидов и комет в далёких планетных системах
• Российского космонавта сняли с миссии SpaceX Crew-12 за нарушение правил нацбезопасности США — СМИ
• Учёные подтвердили квантовую природу чёрных дыр: энтропия остаётся положительной даже при экстремально низких температурах