Фабрики планет на краю бездны

Команда ученых была поражена открытием: яркие и турбулентные области галактик, известные как активные галактические ядра (АГЯ), — те самые, что питаются прожорливыми сверхмассивными черными дырами, — могут быть местом рождения миллионов планет. Эти регионы невероятно блестящи и зачастую затмевают суммарное сияние всех звезд в своей родительской галактике.

Активные галактические ядра возникают, когда сверхмассивные черные дыры окружены огромным количеством газа и пыли. Эти вещества закручиваются вокруг них в плоские, похожие на блюдца облака, называемые аккреционными дисками. Диски постепенно поставляют часть материи в черную дыру. Другая часть направляется к полюсам, откуда выбрасывается в виде высокоэнергетических плазменных струй, несущихся с околосветовой скоростью. Чудовищная гравитация центральных объектов, чья масса превышает солнечную в миллионы или даже миллиарды раз, создает сильнейшее трение в газе и пыли, заставляя аккреционный диск ярко светиться во всем электромагнитном спектре.

Открытие удивительно тем, что хотя АГЯ и богаты строительным материалом для планет, турбулентные условия внутри дисков обычно не назовешь идеальными для формирования миров. Однако окраины этих дисков могут обладать температурой и свойствами, схожими с протопланетными дисками вокруг молодых звезд. Могло ли там за долгое время скопиться достаточно пыли, чтобы та слиплась и выросла в планеты?

Чтобы изучить такую возможность, ученые создали компьютерную модель сверхмассивной черной дыры с ее аккреционным диском, добавив данные об условиях на их окраинах. Они проследили, как быстро пыль слипалась и как зарождающиеся планеты росли на протяжении миллионов лет.

«Мы обнаружили, что на расстоянии в десятки парсеков (один парсек — около 3,3 светового года) от сверхмассивных черных дыр, образующих АГЯ, могут формироваться миллионы планет массой с Юпитер, — рассказал порталу Space.com участник команды, исследователь из Университета Колорадо в Боулдере Бхупендра Мишра. — Это пылевые гиганты, превосходящие Юпитер по массе. Выглядеть они будут как раскаленные лавовые шары».

Мишра добавил, что поскольку диск вокруг АГЯ гораздо богаче газом по сравнению с диском вокруг звезды вроде нашего Солнца в пору ее младенчества, потенциал планетообразования возрастает многократно: от нескольких возможных миров у звезд до, вероятно, миллионов планет близ черной дыры. Он поясняет, что в основе механизма их формирования лежит явление «потоковой неустойчивости», позволяющее возникать множеству крупных пылевых волокон. Именно эти волокна и становятся колыбелью для громадного числа планет, что в итоге приводит к появлению миллионов миров, таящихся на окраинах диска АГЯ.

Однако покидают родное гнездо такие планеты довольно быстро. Расчеты команды подтверждают: миры эти стабильны, но, скорее всего, они будут мигрировать в радиальном направлении прочь от черной дыры и края АГЯ.

«Мы были ошеломлены! Ранее подобное в контексте АГЯ с помощью модели потоковой неустойчивости не обнаруживали, — признался Мишра. — Мой коллега Владимир Лира, профессор астрономии из Университета Нью-Мексико, — специалист с мировым именем в области планетообразования, и мы оба были совершенно изумлены, когда заметили этот диапазон масс и размеров формирующихся планет».

Конвейер по производству гигантов

По словам Мишры, окраины дисков АГЯ изучены пока довольно плохо, а значит, выводы команды помогут составить более четкое представление о сердце активных галактик. Конечно, теория находится на начальном этапе, и обнаружение реальных планет у сверхмассивных черных дыр стало бы весомым подтверждением их расчетов.

Полезным инструментом здесь могло бы послужить гравитационное линзирование — искривление и усиление света от фонового объекта, когда между ним и Землей находится нечто массивное на переднем плане. «С его помощью можно было бы опознать скопление этих планет на окраинах диска АГЯ, — заметил Мишра. — Однако найти такой объект непросто, если нам не улыбнется удача».

Ученый признается, что сама мысль о мире, рожденном в огненном гало черной дыры, переворачивает привычную картину эволюции планетных систем. Если представить себе безмолвное небо над таким лавовым шаром, то вместо привычных созвездий взгляду открылась бы чудовищная воронка, затмевающая своим сиянием горизонт. Сами же планеты, выброшенные гравитационной пращой в межгалактическое пространство, могут стать вечными странниками — одинокими сиротами, лишенными материнского света звезды, но хранящими в своих недрах память о катастрофическом величии породившей их бездны. Команда намерена продолжить изучение модели, надеясь однажды взглянуть на эти «фабрики миров» с помощью телескопов нового поколения.

С препринтом исследования можно ознакомиться в репозитории научных статей arXiv.