Огромное количество сверхмассивных черных дыр блуждает по Вселенной

Сверхмассивные черные дыры обычно располагаются более или менее стационарно в центрах галактик. Но не все эти удивительные космические объекты остаются на месте; некоторые из них летают по галактикам, как космические путешественники.

Мы называем такие черные дыры "странниками", и они в значительной степени теоретические, потому что их трудно (но не невозможно) наблюдать и, следовательно, количественно оценить. Но новый набор симуляций позволил группе ученых выяснить, сколько странников должно быть, и где они находятся - что, в свою очередь, может помочь нам обнаружить их во Вселенной.

Это может иметь важные последствия для нашего понимания того, как формируются и растут сверхмассивные черные дыры - монстры, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца, - процесс, который 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, что позволяет предположить, что эволюция черной дыры и ее галактики как-то связаны.

Однако 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 превышает массу Солнца примерно в 55 раз.

Астрономы считают, что SMBH растут за счет аккреции звезд, газа и пыли, а также слияния с другими черными дырами (очень крупными в ядрах других галактик, когда эти галактики сталкиваются).

Но космологические временные шкалы сильно отличаются от наших человеческих временных шкал, и процесс столкновения двух галактик может занять очень много времени. Это делает потенциальное окно для нарушения процесса слияния довольно большим, и процесс может быть задержан или даже полностью предотвращен, что приведет к появлению этих "странников" - черных дыр.

Группа астрономов под руководством Анджело Рикарте из Гарвардского и Смитсоновского центров астрофизики использовала космологическое моделирование Romulus, чтобы оценить, как часто это происходило в прошлом, и сколько черных дыр блуждало бы сегодня.

Эти симуляции самостоятельно отслеживают орбитальную эволюцию пар сверхмассивных черных дыр, что означает, что они способны предсказать, какие черные дыры, скорее всего, доберутся до центра своего нового галактического дома, и сколько времени займет этот процесс, а также сколько из них никогда туда не попадут.

"Ромул предсказывает, что многие бинары сверхмассивных черных дыр образуются после нескольких миллиардов лет орбитальной эволюции, а некоторые SMBH никогда не доберутся до центра", - пишут исследователи в своей статье.

"В результате оказалось, что в галактиках с массой Млечного Пути в Ромуле находится в среднем 12 сверхмассивных черных дыр, которые обычно блуждают в области гало далеко от галактического центра".

В ранней Вселенной, примерно до 2 миллиардов лет после Большого взрыва, обнаружила команда, блуждающие сверхмассивные черные дыры в галактических ядрах как превосходят по численности, так и затмевают их. Это означает, что они производят большую часть света, который мы ожидаем увидеть от материала вокруг активных сверхмассивных черных дыр, ярко светящегося, когда он вращается по орбите и приливает к черной дыре.

Они остаются близкими к своей начальной массе - то есть массе, при которой они образовались, - и, вероятно, происходят из небольших галактик-спутников, которые вращаются вокруг более крупных галактик.

А некоторые странники, согласно моделированию, должны существовать и сегодня. В локальной Вселенной их должно быть довольно много.

"Мы обнаружили, что число блуждающих черных дыр примерно линейно зависит от массы гало, поэтому мы ожидаем тысячи блуждающих черных дыр в гало галактических скоплений", - пишут исследователи.

"На локальном уровне на долю этих блуждающих дыр приходится около 10 процентов местного распределения массы черных дыр после учета массы звезд".

Эти черные дыры могут быть не обязательно активными, и поэтому их будет очень трудно обнаружить. В предстоящей работе команда подробно рассмотрит возможные способы наблюдения за этими потерянными странниками.

Затем нам останется только найти потерянные черные дыры со звездной массой и промежуточной массой...

Исследование было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.