Симуляции показали, как черные дыры обрастают оболочкой: два сценария для разных масс
Международная группа астрофизиков провела симуляции вязкой гидродинамики в рамках общей теории относительности, чтобы выяснить, как формируются системы, состоящие из черной дыры и окружающей ее газовой оболочки. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv и рассматривает сверхэддингтоновский режим аккреции — когда вещество падает на черную дыру с интенсивностью, превышающей предел Эддингтона.
Авторы моделировали аккреционные потоки на черные дыры с массами от 10? до 10? масс Солнца. Скорость аккреции была выбрана сравнимой с эддингтоновской для черной дыры массой 10? масс Солнца. При этом предполагалось, что температура падающего газа не превышает 10? К.
В расчетах задавался квазисферический поток типа Бонди, в котором на больших расстояниях радиальное падение доминирует над угловым моментом. Результаты показали два принципиально различных сценария в зависимости от массы черной дыры.
Для черных дыр с массой менее 10? масс Солнца во внутренней области формируется зона захвата фотонов, а мощный вязкий отток вблизи полярной области преодолевает давление падающего газа. Это приводит к структуре типа «приток — отток».
Для черных дыр с массой от 3?10? масс Солнц отток не запускается. Вместо этого вокруг черной дыры постепенно развивается конвективная оболочка. При этом, независимо от массы, темп аккреции на саму черную дыру составляет около 10% от эддингтоновского при разумных значениях коэффициента вязкости.
Для черных дыр малой массы (менее 10? масс Солнца) темп аккреции на черную дыру значительно ниже темпа роста массы оболочки. Это означает, что масса оболочки будет увеличиваться до тех пор, пока полная скорость вязкого нагрева не превысит эддингтоновскую светимость системы. Такой сценарий возможен, если высокая скорость аккреции сохраняется в течение не менее 10? лет для черной дыры массой 10? масс Солнца.
Полученные результаты важны для понимания эволюции активных ядер галактик и формирования сверхмассивных черных дыр на ранних этапах Вселенной.
