Масса сверх массивной черной дыры.

Черные дыры не излучают света, но падающая на них вещество образует очень горячий замагниченный газовый диск, вращающийися со скоростью, сопостовимой со скоростью света. Это называют акреционным диском. Этот плазменный диск является главным источником ядра.

Астрономическое наблюдение черных дыр имеет полувековую историю. Я.Б.Зельдович и Э.Э.Солитер показали в 1964 году, что при несферической аккреции вещества в черную дыру выделяется огромное количество энергии.

Современные астрономические наблюдения показывают что число черных дыр звездных масс в нашей Галактике не менее 10 миллионов. Общая масса состовляет не менее 0,1% от массы барионного вещества. Выяснилось что в центрах большинства галактик присутсвует сверхмассивные черные дыры 10⁶-10¹⁰ М _Q. В частности в центре нашей Галактики присутсвует сверхмассивная черная дыра массы М _Q. Масса этой черной дыры определена с точностью точностью 10%, по движению 28 звезд, обращающихся вокруг нее по элиптическим орбитам.

Современная астрономическая наука также находить черные дыры в рентгеновских двойных системах. В двойных рентгеновских системах масса черный дыры 5-20 М _Q [5].

Система их двух объектов, одна из которых черная дыра, нейтронная звезда или звезда, а другая спутник которая отдает свое вещество через акрецию другому обекту называется рентгеновской двойной системой.

Характерные размеры компактного рентгеновского источника оценивают наблюдая переменность рентгеновского излучения, которые превышает нескольких гравитационных радиусов. Гравитационный радиус равен

.

М – масса земли, кг.

G – Гравитационная постоянная;

c – скрость света [5].

В 1964 году исследование Зельдовича и Новикова дали первые оценки масс СМЧД. Сейчас массу черной дыры определяют по двум методам.

1. Определяються при предположении, что движение пробных тел, газовых облаков, звезд подчиняются законом гравитациии Ньютона. Этот метод называют также методом разрешенной кинематики. Ти методом был определена значения масс СМЧД 44 элиптических и 41 спиральных галактик. Наблюдения проводидись с помощью космического телескопа Хабл. Значения масс СМЧД были от значения (0,94-1,34)*10⁶ М_q до (0,49-3,6)* 10⁶ М_q [6].

2. Метод эхокартированиия. Скорость и расстояние пробных тел определяется по доплеровской ширине линий излучения, формирующихся в газовых облаках, которые движутся вокруг центральной черной дыры. Эти линии более широкии, из за эффекта доплера, поэтому их полуширина характерезуют среднюю скорость движения пробных тел – газовых облаков, излучающих в частотах эмиссионной линии. Из-за нестационарных процессов в ядрах галактиках акреционные диски и континиум изменяются хаотический. Изменения линии континиума приводят к изменению линии но с запаздыванием на время dt. Этот промежуток времени равняется времени пролета гамма квантов излучения из континиума к газовым облакам. По простой формуле расчитываем:

r =ct

Метод определения массы СМЧД основанная на законах Ньютона является пригодной для наиболее близких галактик, при которых просматривается пробное тело вращаюшееся вокруг ядра галактики. [5].

Cуществуют другие методы определения массы СМЧД. Эти методы имеют косвенный характер и менее надежны выше описанных методов определения массы СМЧД:

- По ширине и абсолютному значению интенсивности линий излучения в спектре активного ядра галактики;

- По эмпирическим зависимостям массой черной дыры и скоростей звезд в окрестностях ядрах галактики. Этими методами были измерены массы несколько сотен СМЧД [5].

В работе Decarli Retal. Mon. Not. R. Astron. Soc. 402 2453 (2010) отмечалось что время формирование сверхмассивной черной дыры в ядрах галактик относительно мало и равняется около 1 млрд лет. Об этом свидетульствеут нахождение квазаров с большим красным смещением z>6 [6]. Это приводит к тому что чем больше масса СМЧД тем моложе возрост СМЧД.

Столь быстрое формирование СМЧД трудно объяснить если считать, что СМЧД сформировалось в результате акреции вещества в малую черную дыру. В данное время стоит вопрос о формировании СМЧД.

В данный момент предпочтительным является модель, в которой оброзование ЧД произошло в результате коллапса предгалктического водородно-гелиевого диска[6].

На рисунке 3 приведена зависимость предельной скорости вращения галактики V_far от массы центральной СМЧД. Из приведенного графика не видно явной зависимости массы СМЧД от скорости вращения галактики.

Рисунок 3. Зависимость центральной скорости вращения галактики от массы центральной СМЧД. Белые точки показываютмассу звездыных скоплений, зведы ссответсвтуетцентральным звездынм скоплениям. Черные точки ссответствует массам черных дыр. Занчение масс заданав относительной величине от массы солнца. [6]

В работе Kormendy J, Ho L C Annu. Rev. Astron. Astrophys. 51 511 (2013) приведена апроксимированная формула, описывающая связь между массой ЧД и массой балджа М_buldgt галактики [6].

Из этой формулы слдеут что когда масса балджа достигает 10¹¹ масс солнца, 0,5 % массы балджа состовляет масса ЧД.

В работе Kormendy J, Ho L C Annu. Rev. Astron. Astrophys. 51 511 (2013) рассматривается процесс коэволюциии. Под коэволюцией понимается эволюционное влияние друг на друга галактики и сверхмассивной черной дыры. Слабая форма коэволюции бывает в активных ядрах галактик и квазарах. Это происходит, когда в огромном темпе акреции, формируется мощный отток вещества от сверхкритического акреционного диска вокруг центральной СМЧД. Это приводит к вымитанию газа из хозяйской галактики и прекращению роста массы черной дыры, а также к уменьшению темпа звёздообразования в галактике.