Сверхмассивные черные дыры, как правило, более или менее неподвижно располагаются в центрах галактик. Но не все эти удивительные космические объекты остаются на месте; некоторые могут раскачиваться вокруг галактик, как космические кочевники.
Это может иметь важные последствия для понимания того, как сверхмассивные черные дыры — монстры, в миллионы или миллиарды раз превышающие массу нашего Солнца, образуются и растут, и этот процесс окутан тайной.
Космологи считают, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) находятся в ядрах всех или, по крайней мере, большинства галактик во Вселенной. Масса этих объектов обычно примерно пропорциональна массе центральной галактической выпуклости вокруг них, а это предполагает, что эволюция черной дыры и ее галактики каким-то образом связаны.
Но пути образования сверхмассивных черных дыр неясны. Мы знаем, что черные дыры звездной массы образуются в результате коллапса ядра массивных звезд, но этот механизм не работает для черных дыр, масса которых примерно в 55 раз превышает массу Солнца.
Но космологические шкалы времени сильно отличаются от наших, а процесс столкновения двух галактик может занять очень много времени. Это делает потенциальное окно для срыва слияния довольно большим, и процесс может быть отложен или даже полностью предотвращен, что приведет к появлению этих «странников» черных дыр.
Команда астрономов во главе с Анджело Рикарте из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики использовала космологические модели Ромула, чтобы оценить, как часто это должно было происходить в прошлом и сколько черных дыр все еще будет блуждать сегодня.
Эти симуляции самосогласованно отслеживают орбитальную эволюцию пар сверхмассивных черных дыр, что означает, что они могут предсказать, какие черные дыры, вероятно, дойдут до центра своего нового галактического дома, и сколько времени этот процесс должен занять — а также сколько ни разу не доберутся.
«Ромул предсказывает, что многие сверхмассивные двойные черные дыры образуются после нескольких миллиардов лет орбитальной эволюции, в то время как некоторые сверхмассивные черные дыры никогда не доберутся до центра, — написали исследователи в своей статье — В результате галактики с массой Млечного Пути, как обнаружено, содержат в среднем 12 сверхмассивных черных дыр, которые обычно блуждают по гало далеко от центра галактики».
Команда обнаружила, что в ранней Вселенной, примерно около 2 млрд лет после Большого взрыва, странников больше и больше, чем сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Это означает, что они будут производить большую часть света, который мы ожидаем увидеть от материала вокруг активных сверхмассивных черных дыр, ярко светящегося при движении по орбите и аккреции на черной дыре.
Они остаются близкими к своей затравочной массе, то есть массе, при которой они образовались, и, вероятно, происходят из меньших галактик-спутников, которые вращаются вокруг более крупных.
Согласно моделированиям, некоторые странники все еще должны быть здесь и сегодня. В локальной Вселенной действительно должно быть довольно много людей.
«Мы обнаружили, что количество блуждающих черных дыр примерно линейно зависит от массы гало, поэтому мы ожидаем, что в гало скоплений галактик будут тысячи блуждающих черных дыр, — пишут исследователи. — На местном уровне эти странники составляют около 10 процентов массы черной дыры».
Эти черные дыры не обязательно могут быть активными, и поэтому их очень трудно обнаружить. В следующей статье команда подробно исследует возможные способы наблюдения за этими заблудшими кочевниками.
Тогда все, что нужно сделать, это найти потерянные черные дыры звездной и промежуточной массы.
Исследование было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
23.08.2021
Елена Краснова
Нет комментариев