Кратко и по существу: наблюдения и теория чёрных дыр на трёх масс-шкалах совместно строят картину аккреции, запуска джетов и их влияния на галактическую эволюцию через общие физические принципы (масштабируемость, режимы аккреции) и специфические эффекты (супер-Эддингтоновская аккреция, кластерные пузыри и т.д.).
Основные числовые ориентиры
- массы: стеллярные чёрные дыры $\sim 5-30M_{\odot }$ (в отдельных случаях до $\sim 10^2{M}_{\odot }$); промежуточные $\sim 10^2-10^5{M}_{\odot }$; сверхмассивные $\sim 10^6-10^{10}{M}_{\odot }$.
- кубитальные масштабы: радиус Шварцшильда $R_S=\frac{2GM}{c^2}\approx 3\mathrm{km}\frac{M}{M_{\odot }}$.
- Эддингтоновская светимость $L_{Edd}\approx 1.26\times 10^{38}\frac{M}{M_{\odot }}\mathrm{erg}{\mathrm{s}}^{-1}$ и соответствующая скорость аккреции ${\dot{M}}_{Edd}=L_{Edd}/(\eta c^2)$ (обычно $\eta \sim 0.1$).
Наблюдательная сторона (что и как измеряют)
- стеллярные (X-ray бинарные системы, микроквазары): быстрое переменное излучение (мс–с), спектральные состояния (hard/soft), QPO; прямые наблюдения перемещающихся джетов; позволяют изучать переходы «диск ↔ джет» в реальном времени и проверять масштабируемые законы.
- промежуточные (ULX, динамика звёзд в скоплениях): доказательства IMBH слабее; ULX дают доступ к супер-Эддингтоновской аккреции и мощным ветрам; поиск через гравитационную динамику и TDE.
- сверхмассивные (AGN, квазары, радиогалактики): спектры, линийные ширины и reverberation mapping для масс; VLBI и EHT для прямой визуализации горизонта и баз джета; рентгеновские/радио наблюдения пустот в горячем межгалактическом газе — прямой след кинетической обратной связи.
Теоретические модели и численные методы
- классические аккреционные диски: тонкий диск Шакура–Сунае́ва (радиационно эффективный) vs ADAF/нерезультативные потоки (радиационно неэффективные) vs slim-диски при супер-Эддингтоне.
- GRMHD-симуляции с радиацией показывают, как магнитное поле и спин запускают джеты (механизм Бландфорда–Знайека) и как формируются дисковые ветры.
- ключевой параметр: эддингтоновское отношение $\lambda \equiv L/L_{Edd}$ (режимы аккреции зависят от $\lambda$).
Джеты: запуск и масштабирование
- запуск: энергия извлекается из вращения чёрной дыры и/или диска; упрощённая зависимость мощности джета (Бландфорд–Знайек) имеет вид $P_{jet}\propto a^2{B}^2{M}^2$ (где $a$ — безразмерный спин, $B$ — магнитное поле у горизонта), но точный коэффициент зависит от геометрии и течений.
- универсальность: наблюдаемая связь между радиолюмinosнностью, рентгеновским излучением и массой — «fundamental plane» — показывает скейлинг между классами: приближённо $L_R\propto M^{0.6}{L}_X^{0.7}$ (приблизительно, зависит от выборки).
- эмпирически: в стеллярных BH переход «hard → soft» сопровождается подавлением компактных джетов; у AGN аналогичные режимы — radio-loud (джеты) vs radio-quiet — связаны с $\lambda$ и структурой диска.
Обратная связь и влияние на галактики
- два основных режима обратной связи:
1. quasar/radiative mode (высокие $\lambda \sim 0.01-1$): сильное излучение и широкие ветры способны выдуть газ, подавить звездообразование, связаны с быстрым ростом SMBH.
2. radio/kinetic mode (низкие $\lambda \lesssim 0.01$): мощные устойчивые джеты, нагрев горячего газа в кластерах, предотвращают охлаждение и нежелательный звёздообразовательный взрыв (observable: X-ray cavities, shock fronts).
- эти процессы объясняют наблюдаемые корреляции (M–σ, выключение звездообразования в массивных галактиках) и являются необходимыми ингредиентами для моделирования формирования галактик (семплы космологических симуляций требуют AGN-фидбэк для получения реалистичных масс/цветов галактик).
Как разные шкалы дополняют друг друга
- стеллярные BH дают временную «лабораторию» для детального изучения дисковой динамики и джет-реверсирования; быстрые переходы помогают установить причинно-следственные связи.
- SMBH показывают макроэффекты обратной связи (энергетика, подавление охлаждения), влияние на килопарсековые масштабы и космологическое значение.
- сравнительная теория + наблюдения (масштабируемость по $M$ и $\lambda$) дают единую картину аккреции и вывода энергии, при этом разница в плотности среды и масштабах времени порождает разные проявления (ветры, пузыри, дальние релятивистские джеты).
Короткий вывод
- основная идея: поведение аккреции и джетов в значительной степени масштабируемо по массе и эддингтоновскому отношению $\lambda$; детали (супер-Эддингтоновские потоки, кинетическая vs радиационная обратная связь) зависят от местной физики диска, магнитных полей и окружения. Совмещение быстрых наблюдений стеллярных BH, менее частых IMBH-событий и масштабных эффектов SMBH + GRMHD и радиационных моделей формирует скоординированное понимание механики аккреции, механизма джетов и их роли в эволюции галактик.