Огромное количество сверхмассивных черных дыр блуждает по Вселенной

Сверхмассивные черные дыры, как правило, более или менее неподвижно располагаются в центрах галактик. Но не все эти удивительные космические объекты остаются на месте; некоторые перемещаются вокруг галактик, как космические кочевники.

Мы называем такие черные дыры «странниками», и они в основном теоретические, потому что их трудно (но не невозможно) наблюдать и, следовательно, определять количественно. Но новый набор симуляций позволил группе ученых определить, сколько странников должно быть и их местонахождение, что, в свою очередь, может помочь нам идентифицировать их во Вселенной.

Это может иметь важные последствия для нашего понимания того, как сверхмассивные черные дыры — монстры, в миллионы или миллиарды раз превышающие массу нашего Солнца — образуются и растут, ведь этот процесс окутан тайной.

Космологи считают, что сверхмассивные черные дыры 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 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.

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

Но космологические шкалы времени сильно отличаются от наших человеческих, и 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 черных дыр «странников».

Команда астрономов во главе с Анджело Рикарте из Гарвардского и 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.

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 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 содержат в среднем 12 сверхмассивных черных дыр, которые обычно блуждают по гало далеко от центра галактики».

Команда обнаружила, что в ранней Вселенной, примерно до 2 миллиардов лет после Большого взрыва, странников 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 к черной дыре.

Согласно моделированиям, некоторые странники все еще должны быть здесь и сегодня.

«Мы обнаружили, что количество блуждающих черных дыр линейно зависит от массы гало, поэтому мы ожидаем, что в гало скоплений галактик будут тысячи блуждающих черных дыр», — пишут исследователи.

Эти черные дыры не обязательно могут быть активными, и поэтому их очень трудно обнаружить. В следующей статье команда подробно исследует возможные способы наблюдения за заблудшими странниками.

Исследование было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.