Переработанный газ доминирует в питании сверхмассивных черных дыр

Международная группа астрофизиков представила результаты исследования, проливающего свет на происхождение газа, который питает сверхмассивные черные дыры (СМЧД) в центрах массивных галактик. Работа опубликована на сервере arXiv и основана на анализе 30 космологических симуляций с высоким разрешением.

Ученые смоделировали эволюцию галактик со звездной массой от 10^10.9 до 10^11.9 масс Солнца и черных дыр массой от 10^8.5 до 10^9.7 масс Солнца на текущем этапе (z=0). Прослеживая полную космологическую историю каждой газовой частицы, авторы классифицировали аккрецируемый газ на четыре категории: ранний, внешний, переработанный и плавный.

Ранний газ поглощался на начальной стадии формирования гало, внешний поступал из других галактик и субгало, переработанный обогащался в результате звездной эволюции внутри самой галактики — через ветры асимптотической ветви гигантов (AGB) и выбросы сверхновых, а плавный газ приходил из межгалактической среды.

Ключевой результат: переработанный газ доминирует в бюджете аккреции и уже является металл-богатым на ранних космических эпохах. Газ, поступающий из других источников, как правило, постепенно обогащается металлами в галактическом окружении непосредственно перед тем, как быть поглощенным черной дырой.

Средние отношения обилия элементов демонстрируют лишь слабую эволюцию с красным смещением и в целом согласуются с высокими металличностями, наблюдаемыми в широких эмиссионных линиях квазаров. Это указывает на то, что поставка металл-богатого газа к сверхмассивным черным дырам естественным образом возникает в ходе космологической эволюции галактик и звездной переработки.

Полученные данные помогают уточнить модели связи роста черных дыр и звездообразования, а также объясняют наблюдаемое химическое разнообразие в окрестностях активных галактических ядер.