Черные дыры средней массы, как известно, трудно найти, но новое исследование показывает, что они могут существовать в центре плотных звездных скоплений, расположенных по всей Вселенной.
Исследование, опубликованное сегодня в Astrophysical Journal, проливает новый свет на то, когда и где могли образоваться черные дыры массой около 100-100 000 солнечных масс и как они возникли.
"Один из самых больших открытых вопросов в астрофизике черных дыр в настоящее время - как образуются черные дыры, которые находятся между размерами черной дыры звездной массы и сверхмассивной черной дыры", - сказала Вивьен Балдассаре, ведущий автор исследования и доцент физики и астрономии в Университете штата Вашингтон. "Большинство теорий их образования опираются на условия, которые встречаются только в очень ранней Вселенной. Мы хотели проверить другую теорию, согласно которой они могут формироваться на протяжении всего космического времени в этих действительно плотных звездных скоплениях".
На протяжении десятилетий астрономы обнаруживали небольшие черные дыры, равные по массе либо нескольким Солнцам, либо гигантские черные дыры с массой миллионов Солнц, но недостающее звено черных дыр между этими размерами ускользало от обнаружения.
Существование этих промежуточных или массивных черных дыр давно теоретизировалось, но найти их оказалось непросто, поскольку свет, излучаемый падающими в них объектами, нелегко обнаружить.
Для решения этой проблемы исследовательская группа использовала рентгеновскую обсерваторию "Чандра", самый мощный в мире рентгеновский телескоп, для поиска рентгеновских признаков черных дыр в звездных скоплениях в 108 различных галактиках.
"Чандра" - практически единственный инструмент в мире, способный выполнять такую работу", - сказал Балдассаре. "Он способен очень точно определять местоположение источников рентгеновского излучения, что очень важно при поиске признаков черных дыр в этих очень компактных ядерных звездных скоплениях".
Ядерные звездные скопления находятся в центре большинства малых или маломассивных галактик и являются самыми плотными из известных звездных сред. Предыдущие исследования выявили наличие черных дыр в ядерных звездных скоплениях, но мало что известно о конкретных свойствах, которые делают эти регионы благоприятными для образования черных дыр.
Анализ, проведенный Балдассаре и его коллегами, показал, что ядерные звездные скопления, превышающие определенный порог массы и плотности, испускают рентгеновские сигнатуры, указывающие на наличие черной дыры, в два раза чаще, чем скопления, расположенные ниже этого порога. Их работа представляет собой первое наблюдательное доказательство, подтверждающее теорию о том, что черные дыры промежуточного размера могут формироваться в ядерных звездных скоплениях.
"По сути, это означает, что достаточно массивные и компактные звездные скопления должны быть способны образовывать черные дыры", - сказал Балдассаре. "Это интересно, потому что мы ожидаем, что многие из этих черных дыр будут находиться в промежуточном режиме массы между сверхмассивными черными дырами и черными дырами звездной массы, где существует очень мало доказательств их существования".
Работа исследовательской группы не только предполагает, что черные дыры промежуточного размера могут образовываться в ядерных звездных скоплениях, но и предлагает механизм, с помощью которого они потенциально могут образовываться на протяжении всего космического времени, а не только в первые несколько миллиардов лет существования Вселенной.
"Одна из преобладающих теорий гласит, что массивные черные дыры могли образоваться только в ранней Вселенной, когда все было более плотным", - сказал Балдассаре. "Наше исследование больше соответствует картине, в которой массивные черные дыры не обязательно должны образовываться в самой ранней Вселенной, а скорее могут продолжать формироваться на протяжении всего космического времени в этих конкретных условиях".
В дальнейшем исследователи планируют продолжать использовать "Чандру" для сбора рентгеновских измерений ядерных звездных скоплений с конечной целью узнать больше о конкретных условиях, в которых могут образовываться массивные черные дыры.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220421180825
Обозрение "Terra & Comp".
