Неуловимые чёрные дыры средней массы могут скрываться в компактных центрах звёздных скоплений

Во Вселенной полно чёрных дыр звёздной массы и сверхмассивных, но чёрные дыры промежуточной массы остаются неуловимыми для наблюдений, что не позволяет объяснить эволюцию этих объектов. Для подтверждения той или иной теории просто нет наблюдательных фактов. В новом исследовании группа астрономов из Университета штата Вашингтон смогла определить наиболее вероятные места расположения чёрных дыр средней массы. Осталось их там найти.

Галактика NGC 1385, в которой могут быть подходящие условия для чёрной дыры промежуточной массы. Источник: NASA/ESA/STScI

Поиск чёрных дыр осложняется тем, что эти объекты не видны в телескопы. Обнаружить чёрную дыру можно только по косвенным признакам, например, изучая траектории движения звёзд в двойных системах и массивов звёзд в центрах галактик — звёзды и массивы будут двигаться с учётом наличия невидимого центра притяжения. Этим невидимым центром гравитации, скорее всего, будет чёрная дыра.

Такие центры обнаружены для чёрных дыр массой от одной до десяти масс Солнца, а также от миллиона до сотен миллионов масс Солнца. Невидимые центры гравитации с массой от 100 до 100 тыс. масс Солнца не обнаружены в том количестве, чтобы проследить рост чёрных дыр от объектов звёздной массы до сверхмассивных чёрных дыр. Собственно, совсем недавно подтверждено обнаружение одной или чуть более чёрных дыр средней массы, но это не точно.

Согласно одной из теорий, объясняющей отсутствие чёрных дыр средней массы, чёрные дыры не эволюционируют от малых до сверхмассивных на всём периоде развития Вселенной. Малые чёрные дыры образуются густо и часто в процессе типичной эволюции звёзд на поздних стадиях, но сверхмассивные чёрные дыры могли зародиться только в ранней Вселенной, когда плотность вещества и скорости были намного выше, что объясняет их расположение в центре галактических ядер. Для чёрных дыр средних масс места в нашей Вселенной просто не нашлось.

Однако астрономы из Университета штата Вашингтон сделали попытку обнаружить чёрные дыры средней массы в ядрах плотных звёздных скоплений — в так называемых ядерных звёздных скоплениях. Для решения этой проблемы исследовательская группа использовала рентгеновскую обсерваторию «Чандра» — самый мощный в мире рентгеновский телескоп — для поиска рентгеновских признаков черных дыр в ядерных звёздных скоплениях в 108 различных галактиках.

Ядерные звёздные скопления находятся в центре большинства малых галактик или галактик относительно небольшой массы и являются самыми плотными из известных звёздных сред. Предыдущие исследования выявили наличие чёрных дыр в ядерных звёздных скоплениях, но мало что известно о конкретных свойствах, которые делают эти регионы благоприятными для образования чёрных дыр.

В процессе работы выяснилось, что для звёздных скоплений с плотностью звёздной массы выше определённого порога (по массе и плотности) рентгеновское излучение в два раза чаще указывает на наличие чёрной дыры, чем в случае скоплений, с массой и плотностью ниже этого порога. Иначе говоря, появилось наблюдение, доказывающее возможность существования зон образования чёрных дыр промежуточной массы во всём промежутке существования нашей Вселенной, а не только на этапе её молодости.

«Одна из преобладающих теорий гласит, что массивные чёрные дыры могли образоваться только в ранней Вселенной, когда всё было более плотным, — сказал один из авторов работы. — Наше исследование больше соответствует картине, в которой массивные чёрные дыры не обязательно должны образовываться в самой ранней Вселенной, а скорее могут продолжать формироваться на протяжении всего космического времени в этих конкретных условиях».