Черные дыры могут быть такими огромными, что астрономам пришлось придумать новую категорию размеров

Существуют сверхмассивные черные дыры. Но насколько большими могут вырасти эти космические объекты? Что же, согласно последним исследованиям, может существовать нечто большее, чем сверхмассивное: колоссально большие черные дыры.

Такие гипотетические черные дыры, масса которых превышает массу Солнца более чем в 100 миллиардов раз, были исследованы в новой статье, которая называет их SLAB, аббревиатура, означающая «Чрезвычайно большие черные дыры».

«Мы уже знаем, что черные дыры существуют в широком диапазоне масс, при этом сверхмассивная черная дыра в 4 миллиона солнечных масс находится в центре нашей собственной галактики», — объяснил астроном Бернард Карр из Лондонского университета королевы Марии.

«Хотя в настоящее время нет доказательств существования SLAB, вполне возможно, что они могут существовать, и они могут находиться вне галактик в межгалактическом пространстве, с интересными наблюдательными последствиями».

Черные дыры имеют лишь несколько довольно широких массовых категорий. Есть черные дыры звездных масс; это черные дыры с около звездной массой, примерно до 100 масс Солнца. Следующая категория — черные дыры средней массы, и насколько они увеличиваются, похоже, зависит от того, с кем вы разговариваете. Некоторые ученые говорят, что это 1000 солнечных масс, некоторые — 100000, а третьи — 1 миллион; каким бы ни был верхний предел, они кажутся довольно редкими.

Сверхмассивные черные дыры намного больше, порядка миллионов или миллиардов солнечных масс. К ним относятся черная дыра в центре Млечного Пути, Стрелец A*, с массой 4 миллиона Солнц, и самая фотогеничная черная дыра во Вселенной, M87*, с массой 6,5 миллиардов Солнц.

Самые массивные черные дыры, которые мы обнаружили, более 10 миллиардов (но менее 100 миллиардов) масс Солнца. В их число входит абсолютный зверь с массой 40 миллиардов Солнц в центре галактики под названием Holmberg 15A.

Дело в том, что ученые не совсем понимают, как образуются и растут действительно большие черные дыры. Одна из возможностей состоит в том, что они формируются в своей родительской галактике, а затем становятся все больше и больше, поглощая огромное количество звезд, газа и пыли, и сталкиваясь с другими черными дырами при слиянии галактик.

Эта модель имеет верхний предел около 50 миллиардов солнечных масс — это предел, при котором огромная масса объекта потребует аккреционного диска настолько массивного, что он может фрагментироваться под действием собственной гравитации. Но есть еще и серьезная проблема: в ранней Вселенной были обнаружены сверхмассивные черные дыры с массами, слишком высокими для того, чтобы они могли расти в результате этого относительно медленного процесса со времени Большого взрыва.

Другая возможность — это нечто, называемое первичными черными дырами, впервые предложенное в 1966 году. Теория гласит, что разная плотность ранней Вселенной могла создать настолько плотные участки, что они коллапсировали в черные дыры. Они не будут зависеть от ограничений по размеру черных дыр от коллапсирующих звезд и могут быть очень маленькими или, ну, очень большими.

Чрезвычайно маленькие, если бы они когда-либо существовали, вероятно, к настоящему времени испарились бы из-за излучения Хокинга. Но гораздо более крупные могли выжить.

Итак, основываясь на модели изначальной черной дыры, ученые точно рассчитали, насколько огромными могут быть эти черные дыры, от 100 миллиардов до 1 квинтиллиона (это 18 нулей) солнечных масс.

Исследователи заявили, что целью данной работы было рассмотреть влияние таких черных дыр на пространство вокруг них. Возможно, мы не сможем увидеть SLAB напрямую — черные дыры, которые не аккрецируют материал, невидимы, поскольку свет не может избежать их гравитации, — но массивные объекты все еще могут быть обнаружены на основе поведения пространства вокруг них.

Например, гравитация искривляет пространство-время, что заставляет свет, проходящий через эти области, также следовать по кривой пути; это называется гравитационной линзой, и этот эффект может быть использован для обнаружения SLAB в межгалактическом пространстве.

Огромные объекты также будут иметь значение для обнаружения темной материи, невидимой массы, которая дает Вселенной гораздо больше гравитации, чем должно быть — исходя из того, что мы действительно можем непосредственно обнаружить.

Кроме того, мы не могли удержаться от расчета размера черной дыры в 1 квинтиллион солнечных масс. Ее горизонт событий превысит 620 000 световых лет в диаметре. Поразительно!

Исследование опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.