В популярной литературе сверхмассивные черные дыры чаще всего представляют как разрушители звезд и планет. Авторы новой работы попробовали рассчитать, что на самом деле происходит в окрестностях таких объектов и пришли к противоположному выводу.
Черные дыры при рождении имеют массу в несколько Солнц и огромную плотность — в одной чайной ложке их объема в среднем более миллиарда тонн. Поэтому падающий в нее человек у горизонта событий получил бы разницу между ускорением для его ног и головы в миллионы g — то есть на деле был бы разорван задолго до попадания в черную дыру.
Сверхмассивные черные дыры — совсем другая история. По мере роста массы дыры ее плотность резко снижается. Средняя плотность сверхмассивной ЧД в центре нашей Галактики, например, примерно равна воде. Поэтому разница между ускорением свободного падения для ног и головы человека в окрестностях такого объекта будет измеряться в десятитысячных земной силы тяжести, и он попадет в спокойную черную дыру абсолютно целым. Психологически объяснимо, что представления о малых черных дырах переносят на большие. Поэтому когда вокруг все той же сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики нашли признаки звезд и планет, их сразу стали обсуждать как жертв черной дыры.
Авторы новой работы, которую выложили на сервере препринтов Корнеллского университета, попробовали рассчитать, что конкретно будет происходить в окрестностях активных ядер галактик — то есть там, где черная дыра очень активно влияет на происходящее, очень быстро поглощая материю и этим создавая вокруг себя аккреционный диск большой светимости. Из-за нагрева частиц диска соударениями, он светится в разных диапазонах. От этого излучения часто ионизируется окружающий газ и резко меняется динамика притока-оттока материи от всего галактического ядра. На первый взгляд, здесь роль ЧД должна быть особенно разрушительной — слишком уж велика энергия происходящих здесь процессов.
В то же время именно излучение от таких объектов упрощает астрономам наблюдения за происходящим. А это позволяет собрать больше информации для моделирования происходящих там процессов. Проведя такое моделирование, ученые выяснили, что температуры во внешних частях дисков вокруг активных ядер галактик очень похожие на те, что есть в протопланетных дисках вокруг молодых звезд. При них должна активно идти конденсация вещества, провоцирующая процессы образования планет — причем с темпами существенно более высокими, чем вокруг обычных звезд.
Фактически авторы пришли к выводу о том, что там должны массово возникать газовые гиганты и похожие на них объекты — а также маломассивные звезды. Общее число планетезималей («зародышей» планет, остатки которых в Солнечной системе представлены частью астероидов) в симулировании достигало десятков миллионов для одного активного ядра галактики.
Исходя из этого, исследователи назвали активные ядра галактик «крупнейшим производителем планет во Вселенной», имея в виду, по всей видимости, не долю среди всех планет, а число планет, порожденных одним объектом того или иного рода. Звезда действительно не может вырастить сотни миллионов настолько крупных «планетных» семян, подобных тем, что описали авторы работы.
В результате роста тел из этих «зародышей» образовывались планеты с массой от Земли до суперюпитера. Время удвоения их массы оказалось очень низким — от тысячи до 10 миллионов лет. Неудивительно, что в ряде случаев образовывались и небольшие звезды.
Но самым экзотическим результатом расчетов оказался своего рода «макет звезды». Согласно моделированию, в ряде случаев рядом с активной сверхмассивной черной дырой может собираться объект с массой, как у полноценной звезд. Только состоять он будет не из водорода и гелия, как обычная звезда, а в основном из пыли (в тех зонах протопланетного диска, где излучение от активного ядра галактики привело к дефициту газа). В теории такие «пылевые звезды» не могут поддерживать термоядерные процессы, то есть будут своего рода «суперпланеты», таких больших масс, которые до новой работы считались недостижимыми для планет вообще.
Основной частью их материала будут силикаты. Однако при огромной массе они должны плохо терять тепло от распада радиоактивных изотопов типа алюминия-26 и так далее. За счет этого такие «суперпланеты» будут нагреваться до тысяч градусов. В итоге их силикатная оболочка расплавится и станет лавой, покрывающей все небесное тело сплошным океаном. Газовая оболочка через какое-то время должна быть потеряна полностью, но сам лавовый океан может оказаться долгоживущим. Если эта часть расчетов верна «суперпланеты» должны вращаться в тороидальных скоплениях вокруг активных ядер галактик в виде огромных сфер, покрытых лавой.
Автор: Александр Березин