Вода низвергается в пропасть, но часть её взлетает обратно — бурлит и пенится у самого края. Примерно так ведёт себя газ, стекающий на сверхмассивную чёрную дыру, когда его поток становится слишком плотным. В новом исследовании учёные проследили эту картину с помощью компьютерной симуляции. Они учли эффекты общей теории относительности — то, как чёрная дыра искривляет пространство и время вокруг себя.

В расчётах рассматривались дыры массой от ста тысяч до десяти миллионов солнц. Газ падал на них со скоростью, близкой к пределу Эддингтона — порогу, после которого давление света должно отталкивать вещество прочь. Судьба этого газа зависит от того, насколько тяжела центральная дыра. Если она не слишком массивна — до миллиона солнечных, — излучение, запертое во внутренней области, разгоняет часть газа и выбрасывает его через полюса узкими струями. Так возникает слоистая структура: потоки вещества текут и внутрь, и наружу.

Для более массивных дыр — свыше трёх миллионов солнечных — картина иная. Излучение уже не может пробить толщу падающего газа, и никаких выбросов не возникает. Вместо этого вокруг дыры постепенно формируется протяжённая оболочка. Она похожа на кипящую кастрюлю с плотной крышкой: газ в ней постоянно перемешивается, но почти не достигает горизонта событий. В обоих случаях на саму чёрную дыру попадает лишь около десяти процентов от того, что могло бы упасть при свободном падении. Остальное либо уносится прочь, либо застревает в оболочке.

Этот результат важен для понимания того, как растут сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Если вокруг дыры накапливается массивная оболочка, она может надолго скрыть её от наших телескопов. А потом, когда нагрев превысит критический порог, — вспыхнуть и выбросить накопленное вещество. Именно такие процессы, возможно, объясняют загадочную синхронизацию роста чёрных дыр и их галактик-хозяев.