Ученые нашли возможное местонахождение черных дыр среднего размера

Черные дыры промежуточной массы, как известно, трудно найти, но новое исследование показывает, что они могут быть в центре плотных звездных скоплений, расположенных по всей Вселенной.

Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, проливает новый свет на то, когда и где могли образоваться черные дыры массой около 100-100 000 масс Солнца и как они возникли.

«Один из самых больших открытых вопросов в астрофизике черных дыр в настоящее время заключается в том, как образуются черные дыры размером между черной дырой звездной массы и сверхмассивной черной дырой», — сказала Вивьен Бальдассаре, ведущий автор исследования и доцент. физики и астрономии в Университете штата Вашингтон.

«Большинство теорий их формирования опираются на условия, которые можно найти только в очень ранней Вселенной. Мы хотели проверить другую теорию, согласно которой они могут формироваться в течение всего космического времени в этих действительно плотных звездных скоплениях».

В течение десятилетий астрономы обнаруживали меньшие черные дыры, равные по массе либо нескольким солнцам, либо гигантские черные дыры с массой, подобной миллионам солнц, но недостающее звено черных дыр между этими размерами ускользало от открытия.

Существование этих средних или массивных черных дыр долгое время предполагалось, но их обнаружение оказалось трудным, поскольку свет, излучаемый падающими в них объектами, нелегко обнаружить.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа использовала рентгеновскую обсерваторию Чандра, самый мощный в мире рентгеновский телескоп, для поиска рентгеновских сигнатур черных дыр в ядерных звездных скоплениях в 108 различных галактиках.

«Чандра — это практически единственный инструмент в мире, способный выполнять такую ​​работу», — сказал Бальдассаре.

«Он может очень точно определять местоположение источников рентгеновского излучения, что важно, когда вы ищете сигнатуры черных дыр в этих очень компактных ядерных звездных скоплениях».

Ядерные звездные скопления находятся в центре большинства малых или маломассивных галактик и представляют собой самую плотную из известных звездных сред.

Предыдущие исследования выявили наличие черных дыр в ядерных звездных скоплениях, но мало что известно об особых свойствах, которые делают эти области благоприятными для образования черных дыр.

Анализ Бальдассаре и его коллег показал, что ядерные звездные скопления, масса и плотность которых превышают определенный порог, испускают рентгеновские сигнатуры, указывающие на черную дыру, в два раза чаще, чем те, которые ниже порога.

Их работа предоставляет первое наблюдательное свидетельство, подтверждающее теорию о том, что черные дыры среднего размера могут образовываться в ядерных звездных скоплениях.

«По сути, это означает, что достаточно массивные и компактные звездные скопления должны образовывать черную дыру», — сказал Бальдассаре.

«Это захватывающе, потому что мы ожидаем, что многие из этих черных дыр будут находиться в режиме промежуточной массы между сверхмассивными черными дырами и черными дырами звездной массы, где очень мало доказательств их существования».

Работа исследовательской группы не только предполагает, что черные дыры среднего размера могут образовываться в ядерных звездных скоплениях, но также предоставляет механизм, с помощью которого они потенциально могут формироваться в течение всего космического времени, а не только в течение первых нескольких миллиардов лет существования Вселенной.

«Одна из преобладающих теорий заключается в том, что массивные черные дыры могли образоваться только в ранней Вселенной, когда все было более плотным», — сказал Бальдассаре.

«Наше исследование больше согласуется с картиной, согласно которой массивные черные дыры не обязательно должны формироваться в очень ранней Вселенной, а скорее могут продолжать формироваться в течение всего космического времени в этих конкретных условиях».

Двигаясь вперед, исследователи планируют продолжать использовать Chandra для сбора рентгеновских измерений ядерных звездных скоплений с конечной целью узнать больше о конкретных условиях, в которых могут образовываться массивные черные дыры.

Автор Уилл Фергюсон.