Гігантські екзопланети можуть народжуватися біля надмасивних чорних дір

19 серпня 2026 р. 19:38

19 серпня 2026 р. 19:38

Нове теоретичне дослідження показує, що у зовнішніх частинах акреційних дисків навколо надмасивних чорних дір можуть формуватися гігантські екзопланети, а також зорі та навіть чорні діри проміжної маси. Про це йдеться в роботі, яку описує видання Universe Today .

Зазвичай чорні діри уявляють як «пилососи», що безжально поглинають усе навколо, включно зі світлом. Але реальність складніша: навколо надмасивних чорних дір (SMBH) у центрах галактик існують величезні акреційні диски, де частина речовини не падає одразу всередину, а обертається на різних відстанях.

Чому зовнішні частини диска схожі на протопланетні

Автори роботи, серед яких провідний дослідник Владімір Ліра (Wladimir Lyra) з Державного університету Нью-Мексико, розглянули умови у так званих тороїдальних структурах активних ядер галактик (AGN). Такі диски можуть сягати розмірів до 20 000 астрономічних одиниць і більше, тому їхні зовнішні області значно холодніші за внутрішні.

За словами дослідників, саме ці холодні зовнішні зони мають температури, подібні до протопланетних дисків навколо молодих зір. Там може конденсуватися пил, що відкриває шлях до формування планет. Вчені пишуть, що за певних умов у таких «пилових тораx» можуть працювати ті самі механізми, що й у звичайних зоряних системах.

Ключова умова — сильна намагніченість диска. Магнітне поле стабілізує газ і пригнічує турбулентність, дозволяючи пилу злипатися та накопичуватися, а не розсіюватися.

Стрімінгова нестійкість і народження гігантів

Модель показує, що у зовнішніх частинах дисків AGN може запускатися так звана стрімінгова нестійкість (streaming instability) — провідний сценарій, який пояснює, як пил і камінці в протопланетних дисках злипаються у великі тіла, планетезималі.

У звичайних дисках газ гальмує частинки пилу, змушуючи їх спіраллю падати до зорі й зникати, перш ніж вони встигнуть утворити планети. Стрімінгова нестійкість виникає тоді, коли тверда речовина настільки концентрується в певних ділянках, що вже сама починає тягнути за собою газ. Це знімає «зустрічний вітер» газу і дозволяє пилу зростати в масі.

У випадку акреційного диска AGN замість зорі в центрі знаходиться надмасивна чорна діра, але механізм подібний. Автори показують, що потрібні для нестійкості розміри пилових зерен легко досягаються шляхом коагуляції. Утворені пилові філаменти можуть містити сонячні маси речовини, які колапсують у десятки мільйонів планетезималей — від маси Землі до надмасивних «супер-Юпітерів».

За розрахунками, маси окремих об’єктів можуть перевищувати масу Юпітера і навіть досягати межі водневого горіння, де вже починається зоряна еволюція.

Пилові «лавові краплі» замість звичних планет

Екзопланети, що формуються в таких умовах, суттєво відрізняються від планет у протопланетних дисках. Вони не мають звичної диференціації на металеве ядро, мантію та оболонку. Замість цього це об’єкти, повністю складені з накопиченого пилу.

Автори прогнозують існування популяції «екзотичних об’єктів», які прямо формуються вище межі водневого горіння, але при цьому складаються з чистого пилу. Дослідники припускають, що такі тіла, ймовірно, матимуть вироджені ядра , а їхні зовнішні шари нагріватимуться радіоактивним розпадом короткоживучих ізотопів, як-от ²⁶ Al та ⁶⁰ Fe, які продукують масивні зорі в диску.

У результаті силікати всередині мають плавитися, утворюючи глобальний океан магми з вивільненою атмосферою. Самі автори образно називають ці об’єкти «виродженими лавовими краплями», що обертаються навколо активного ядра галактики.

Від пилових планет до чорних дір

У процесі зростання частина таких планетезималей може досягати так званої маси перетину (crossover mass), коли маса тіла стає порівнянною з масою навколишнього диска. Тоді воно починає ефективно нарощувати газову оболонку.

За словами авторів, газове наростання може бути настільки інтенсивним, що об’єкти переходять у зоряну масу, відкриваючи канал формування зір через механізм «ядрового наростання» в дисках AGN. Дуже масивні зорі (близько 100 сонячних мас) живуть менше мільйона років і завершують життя колапсом ядра та вибухом наднової, залишаючи після себе чорні діри.

Якщо ж маса, що акретується, перевищує приблизно 300 сонячних мас , стає можливою пряма колапсація в чорну діру проміжної маси (IMBH). Таким чином, акреційні диски активних ядер галактик можуть бути природними «колисками» для таких давно розшукуваних об’єктів.

Скільки таких планет і чи можна їх побачити

Модель дає змогу говорити про потенційно десятки мільйонів планет масою Юпітера, що можуть формуватися в одному диску AGN. Водночас безпосереднє спостереження цих тіл буде надзвичайно складним.

Через гравітаційні взаємодії між численними об’єктами в диску має працювати ефект масової сегрегації: масивніші тіла поступово «тонуть» ближче до центру, тоді як легші зміщуються назовні. Тому проміжні чорні діри та масивні зорі, що виникають у цьому середовищі, з часом мають зміщуватися до внутрішніх областей диска, ближче до надмасивної чорної діри.

У підсумку автори роблять висновок, що диски активних ядер галактик є сприятливими місцями для формування широкого спектра астрофізичних об’єктів — від планет масою Юпітера до зір і чорних дір зоряної та проміжної маси. Зовнішні області цих дисків, де домінує динаміка пилу, пригнічена турбулентність і ефективна акреція, виступають своєрідним аналогом протозоряних дисків, але на значно більших просторових і часових масштабах.

Дослідники підкреслюють, що їхня робота надає сильну теоретичну підтримку існуванню до десятків мільйонів планет масою Юпітера та можливого каналу формування чорних дір проміжної маси в дисках AGN, безпосередньо поєднуючи галузі планетоутворення та росту чорних дір.

Наука