Одеяло черной дыры: планеты, рожденные во мраке и холоде
Пространство вокруг сверхмассивных черных дыр долгое время считалось обособленным «аэропортом», из которого материя отправляется в путешествие в один конец — в чрево черной дыры. Некоторые туристы прибывали в зону вылета ненадолго и через пару часов ожидания улетали в неизвестность, другие: звезды и целые звездные системы — задерживались в пространстве вокруг черной дыры на длинные десятилетия и ждали отправки, как главный герой фильма «Терминал»: практически жили в «аэропорту».
Но в прошлом году астрономы предположили, что вокруг черных дыр есть не только аэровокзал, из которого уже не выпускают прошедших контроль. Вскоре ученые выяснили, что вокруг каждой сверхмассивной черной дыры существует безопасная зона, в которой могут вращаться тысячи планет. Эти планеты вовсе не путешественники из других областей Вселенной, захваченные притяжением черной дыры. Они родились здесь также, как люди в деревне, какие расположены вблизи аэропортов крупных городов.
Команда исследователей под руководством Кейичи Вада из Университета Кагосима в Японии назвала эти «поселения» одеялами. Одеяла из экзопланет формируются вокруг активных сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Такие черные дыры окружены аккреционным диском, вокруг которого вращаются гигантские облака пыли и газа. Внутренний край диска поглощается черной дырой, внешний же является благоприятной средой для формирования планет.
Процесс мало отличается от образования звездных систем, типа нашей Солнечной, где из газового диска вокруг протозвезды формируются планеты. Мельчайшие частицы пыли в диске под действием электростатических сил начинают слипаться. Этот процесс называется коагуляцией — укрупнением частиц за счет их объединения с другими. Более крупные частицы в случайных столкновениях становятся еще массивнее. Набрав достаточную массу для проявления сил гравитации, частицы начинают притягивать материю. Через несколько миллионов лет так формируется новенькая планета.
В статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal и доступной на сайте предварительной печати arXiv, команда Вада показала, что процесс коагуляции возможен в дисперсных системах пыли и газа, вращающихся вокруг черной дыры. Авторы работы утверждают, что эффективность «набора массы» частиц при этом выше, чем в облаках материи вокруг звезд. Это связано с тем, что будущие планеты не покидают свою орбиту, если вращаются вокруг черной дыры. Единственным вопросом оставалось расстояние: где заканчивается безопасная зона, и начинается территория «аэропорта» с единственным пунктом назначения?
Ученые искали расстояние от черной дыры, на котором газ мог бы беспрепятственно конденсироваться в твердое вещество. Выяснилось, что вокруг черной дыры массой примерно в 1 миллион масс Солнца одеяла из экзопланет могут формироваться на расстоянии от 13 световых лет и выше. Чем дальше зона безопасности от чрева черной дыры, тем быстрее формируются планеты в одеяле. Расчет показал, что массы планет, рожденных в космической тьме и лишенных светила, составляют 20-3000 масс Земли, а сама «деревня» или зона безопасности формируется за 70-80 миллионов лет.
Одеяла черных дыр остаются гипотетическими объектами и пока не были обнаружены в космосе.