Чёрные дыры «выталкивают» материю в межгалактические пустоты

Астрофизики из Инсбрукского университета (Австрия) выявили, что в «пустом» пространстве между галактиками находится куда больше материи, чем в самих галактиках, причём выталкивают её туда сверхмассивные чёрные дыры. Статья с результатами исследования опубликована в The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В качестве базы для своих расчётов учёные привлекли данные завершённого в 2015 году The Illustris Project — самого тщательного и масштабнейшего моделирования эволюции Вселенной на суперкомпьютерах. Чтобы облегчить вычисления, проект был ограничен: обсчитывали не всю Вселенную, а лишь небольшой куб со стороной в 350 миллионов световых лет, поэтому потребовалось всего 19 миллионов часов машинного времени.

Исходной точкой моделирования по времени была выбрана Вселенная через 12 миллионов лет после Большого Взрыва (до возникновения галактик). В период формирования последних в их центрах стали образовываться чёрные дыры. Со временем они достигли масс в миллионы и миллиарды раз больше, чем у Солнца. Во время роста чёрные дыры поглощали окружающий их газ и звёзды. И то и другое гравитация дыр затягивала в аккреционные диски, состоящие из разогретой до огромных температур материи. Однако когда скорость поглощения материи дырой становится слишком велика, вдоль полюсов чёрных дыр происходит выброс так называемых релятивистских струй. Причины их формирования пока неясны, но наблюдениями установлено, что их видимая часть может тянуться на десятки тысяч световых лет и состоять из ионизированной материи аккреционных дисков.

Даже там, где струи уже не видны из-за остывания материи в них, они продолжают двигаться по инерции, ведь их начальная скорость часто близка к световой. Хотя часть такой материи может быть увлечена гравитацией галактических нитей и задержаться внутри этих скоплений галактик, другая в силу огромной скорости со временем достигает межгалактических войдов (пустот).

Астрофизики выяснили, что если в ранней Вселенной вся обычная материя (из которой состоят звёзды, планеты и все видимые объекты) была сосредоточена в галактиках, то на протяжении последующего десятка миллиардов лет сверхмассивные чёрные дыры, существующие в центрах всех крупных галактик, постепенно выбрасывали обычную материю вовне, в пустоты между галактиками.

В итоге, по их расчётам, сегодня лишь 23 процента такой материи находится в галактиках и их гало. Галактическим гало называют невидимый компонент галактики, лежащую вокруг неё сферу из газа, звёзд и тёмной материи. Ещё 46 процентов обычной материи находится между гало в составе галактических нитей, нитевидных скоплений из галактик, по длине обычно простирающихся на 150-250 миллионов световых лет. Оставшийся 31 процент лежит ещё дальше от галактик в так называемых войдах — пустынных областях, лишённых каких-либо видимых объектов. Войды занимают 80 процентов от общего объёма видимой Вселенной, в то время как галактики — лишь 0,2 процента.

Хотя каждая конкретная релятивистская струя уносит из галактики немного массы, моделирование показало, что их выбросы систематически происходили на протяжении миллиардов лет. В итоге более трёх четвертей всей материи, когда-то находившейся в галактиках, в настоящий момент вынесено далеко за их пределы. Это означает, что резкое замедление формирования новых звёзд, наблюдающееся в последние миллиарды лет, может быть вызвано именно деятельностью сверхмассивных чёрных дыр, постепенно лишающих галактики газа, из которого образуются светила. В настоящее время австрийские исследователи планируют продолжить совершенствование своей модели, чтобы с её помощью дополнительно уточнить пространственное распределение материи во Вселенной.