Предложен новый способ поиска чёрных дыр в межзвёздном пространстве

Там, где почти нечего поглощать, чёрную дыру не может выдать её прожорливость, а значит, именно в межзвёздном пространстве её ни за что не найти. Но не тут-то было: движения дыры через окружающую среду замаскировать куда сложнее...

Сявэй Ван (Xiawei Wang) и Абрахам Лёб (Abraham Loeb) из Гарвардского университета (США) попробовали представить, как лучше всего искать очень чёрную кошку в очень тёмном месте. И, кажется, у них получилось.

Галактики растут за счёт аккреции и иерархических слияний и поглощений. В финальной фазе слияния двух центральных чёрных дыр (ЧД) испускаются гравитационные волны, и происходит это анизотропно. Такая анизотропия способна придать разноразмерным ЧД сильное ускорение, вплоть до сотен км/с. Кроме того, ЧД могут быть выброшены из тройных систем в результате взаимодействия с парой других звёздных объектов или же быть вырванными из ядер карликовых галактик, поглощаемых крупными.

Типичная «отдача» от слияния двух сверхмассивных чёрных дыр (СМЧД) после столкновения крупных галактик способна придать чёрным дырам такое ускорение, которого хватит, чтобы покинуть карликовую галактику. А вот чтобы «убежать» из крупной галактики — скажем, из Млечного Пути, — этого мало. И лишь при 5 000 км/с и выше, как показывают расчёты, ЧД вполне способна вылететь из видимого галактического диска и «застрять» в пределах гало Млечного Пути на неопределённый срок.

Предшествующие работы демонстрировали, что в гало может быть больше сотни крупных ЧД — по крайней мере такая картина представляется реальной из сегодняшних оценок истории слияний и поглощений, приведших к появлению Млечного Пути. Проверив количество этих ЧД на практике, можно будет подтвердить или опровергнуть все наши представления об истории Галактики. Но сделать это чрезвычайно трудно: гало — довольно тёмное место, где почти нет звёзд. Да и сами чёрные дыры, находясь в слабо насыщенных материей регионах, не будут выдавать своего присутствия: уж больно мало вещества они смогут затянуть в свои аккреционные диски, то есть им никак не светит нагреться до высоких температур.

Тем не менее, полагают исследователи, найти такие объекты всё же можно. Дело тут вот в чём: при движении через межзвёздное пространство ЧД за счёт собственной гравитации должны влиять на окружающий газ, создавая ударную волну и увлекая часть газа со сверхзвуковыми скоростями. Ну а ударная волна ускорит электроны, порождая нетепловое синхротронное излучение в радиодиапазоне. За разгон электронов отвечает процесс, известный как ускорение Ферми.

До некоторой степени можно ожидать и аккреции межзвёздного газа, также способной создать собственную ударную волну, считают авторы работы.

На частотах порядка 1 ГГц поток синхротронного излучения с дистанции в 10 кпк будет иметь 0,01–10,00 мЯн (миллиянских). Как ни крути, зарегистрировать такое излучение вполне возможно. По оценкам учёных, это по силам «Очень большому массиву радиотелескопов» (США), порог чувствительности которого составляет 0,0055 мЯн.

Более того, надеяться можно и на фиксацию ИК-излучения с частотой порядка 100 ТГц, хотя здесь поток от ЧД, находящейся в 10 кпк, составит лишь 0,1–1,0 мкЯн. Напомним: космический телескоп «Хаббл» на той же дистанции способен выявить даже 10–100 нЯн, а «Джеймс Уэбб», запуск которого обещан через четыре года, по идее, уверенно найдёт 10 нЯн в ещё более широком диапазоне.

На сам собою появляющийся вопрос, как же отличить следы ударных волн от взрывов сверхновых от продуктов движения чёрных дыр через межзвёздное пространство, авторы замечают, что разогнанные ЧД будут «следить» вдоль всей траектории, в то время как сверхновые с такой скоростью двигаться не в состоянии, что и позволит отделить одни от других.

Чуть сложнее отличить эти ЧД-«отметины» от областей ионизированного водорода, порождённых движением через Галактику скоростных звёзд спектральных классов OB (или тех же пульсаров), поскольку они тоже дадут удлинённые следы ударных волн. Однако, уверены авторы, другой угол конуса Маха, а также то, что пульсары со звёздами с их остатками так или иначе легко заметить в иных диапазонах, позволит выявить именно следы чёрных дыр, свободно плавающих по Галактике.

По расчётам, в норме человеческий наблюдатель может обнаружить в Млечном Пути на разумных удалениях не менее нескольких странствующих ЧД. А это значит, что поиск таких объектов можно начинать уже сейчас. Точно определив их количество, астрономы не просто подтвердят свои взгляды на историю слияний и поглощений, сформировавших Млечный Путь, но и получат чрезвычайно интересные для наблюдения объекты — чёрные дыры промежуточной массы, о которых до сих пор мало что известно. И даже если никаких ЧД такими методом отыскать не удастся, это станет важным сигналом о неполноте наших представлений о галактической эволюции.