Как рождаются черные дыры: ученые обнаружили крошечный "зародыш" сверхмассивного колосса
Среди самых загадочных явлений в известной части космоса надежно обосновались сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Поскольку черные дыры формируются из ядер массивных мертвых отдельных звезд, возникает вопрос: как сверхмассивные колоссы становятся такими опасными?
В крошечной карликовой галактике на расстоянии 110 миллионов световых лет от Земли астрономы обнаружили одну из самых маленьких сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Масса монструозной дыры в сердце галактики Mrk 462 «всего» в 200 000 раз больше массы Солнца. Результаты исследования были представлены на виртуальном 239-м собрании Американского астрономического общества.
Открытые астронома Джека Паркера из Дартмутского колледжа предполагает, что сверхмассивные черные дыры — по крайней мере, некоторые из них — вырастают из «семян» звездной массы, менее чем в 100 раз превышающей массу Солнца. Раньше ученые были склонный считать, что они изначально формируются весьма массивными объектами и со временем просто становятся еще больше и тяжелее.
Одна из заноз, которая прочно вонзилась в модель звездной массы, — это открытие множества сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Трудно примирить рост крошечного семени звездного ядра с гигантской сверхмассивной черной дырой за короткий промежуток времени, в котором эти объекты появились после Большого взрыва.
Одно из возможных решений проблемы состоит в том, что в ранней Вселенной огромные, плотные облака газа и пыли непосредственно коллапсировали в более крупные черные дыры, масса которых в десятки тысяч раз превышала массу Солнца, создавая более крупную отправную точку, из которой могут расти сверхмассивные черные дыры.
И это дает нам метод определения вероятности каждого сценария, потому что модель прямого коллапса — редкий процесс. Это означает, что мы можем ожидать относительно небольшого числа карликовых галактик, содержащих сверхмассивные черные дыры, по сравнению с моделью звездного семени.
Однако есть одна загвоздка. В карликовых галактиках действительно трудно увидеть черные дыры внутри ядра. В более крупных галактиках астрономы могут использовать орбиту звезд в центре, чтобы сделать вывод о центральной черной дыре, но карликовые галактики слишком малы и тусклы для этого.
Альтернативный метод заключается в поиске чрезвычайно яркого высокоэнергетического излучения, такого как рентгеновские лучи. Он предполагает черную дыру, которая активно аккрецирует материал, нагревая его до таких безумных температур, что он испускает высокоэнергетический свет.
Исследователи пошли именно по этому пути, используя рентгеновскую обсерваторию Чандра для изучения восьми карликовых галактик, которые, согласно оптическим данным, могут содержать активную сверхмассивную черную дыру. Только Mrk 462 показал рентгеновскую сигнатуру питающейся сверхмассивной черной дыры с массой примерно в 200 000 раз больше массы Солнца.
Но в результатах исследования было и кое-то особенное. Соотношение высокоэнергетического рентгеновского излучения и низкоэнергетического рентгеновского излучения предполагает, что черная дыра была сильно скрыта или «погребена» под густым облаком пыли — это может склонить чашу весов в сторону сценария звездного семени.
По мере совершенствования наших технологий и методов изучения космоса, возможно, мы сможем обнаружить и другие «зародыши» черных дыр, которые ранее ускользали от пристального внимания ученых. «Мы не можем делать однозначных выводов из одного примера, но этот результат должен стимулировать более обширные поиски скрытых черных дыр в карликовых галактиках», — пояснил Паркер. «Мы взволнованы тем, что могли бы узнать».
