В «кладбище» Млечного пути могут скрываться 170 миллионов черных дыр

Фото из открытых источников

Черные дыры коварны. Если только они не устроят редкое охотничье безумие, чтобы осветить окрестности, очень трудно заметить их присутствие. Из-за этого сложно точно определить, сколько невидимых чёрных дыр звёздной массы содержится в нашей галактике.

Теперь астрономы смоделировали Млечный Путь, чтобы обнаружить его скрытый «Галактический Подземный Мир», оценив, что в нашей галактике разбросано около 170 миллионов черных дыр звездной массы.

Более того, в работе предсказывается распределение этих черных дыр, их размеры и даже то, какими могли быть взрывы, которые их создали, — это дает ориентир для будущих наблюдений, которые, в свою очередь, позволят проверить результаты моделирования.

Результаты исследования были направлены в журналы Американского астрономического общества и доступны на сервере препринтов arXiv, пока проходят формальный процесс рецензирования.

Черные дыры — это то, что остается от массивной звезды после ее фактической гибели. Истощив топливо для термоядерного синтеза, звезда становится нестабильной и взрывается; больше не поддерживаемая внешним давлением, создаваемым термоядерным синтезом, ядро звезды коллапсирует в объект настолько плотный, что свет не может преодолеть его гравитацию.

Это создает проблему для астрономов, для которых свет является основным источником информации о Вселенной в целом. Если мы не можем увидеть что-либо с помощью света любой длины волны, это чрезвычайно трудно обнаружить, а еще труднее подсчитать, сколько подобных объектов существует во Вселенной.

Используя наши знания об эволюции звёзд, чёрных дыр и галактик, учёные могут смоделировать Млечный Путь на протяжении его 13,6-миллиардной истории. Если эти симуляции последовательно воспроизводят галактику, похожую на наблюдаемую реальность, мы можем рассматривать полученные результаты как правдоподобное приближение к невидимой Вселенной.

Итак, вот что сделала группа ученых под руководством астрофизика Тома Вагга из Института Флэтайрон в США, чтобы оценить количество черных дыр звездной массы в галактике.

Они создали виртуальные модели Млечного Пути, проследив миллиарды лет звездообразования, гибели звезд, образования черных дыр и эволюции Галактики, чтобы оценить, сколько черных дыр звездной массы должно существовать сегодня.

Их работа показала, что за время своего существования Млечный Путь должен был вывести из орбиты главной последовательности около 170 миллионов звёзд и отправить их в загробную жизнь чёрной дыры.

Это может показаться много, но если учесть размеры Млечного пути, то это совсем не так. Команда подсчитала, что распределение черных дыр на расстоянии Солнца от центра галактики составляет одну черную дыру на 6250 кубических парсеков (парсек равен 3,26 световым годам) – объем пространства со сторонами около 18,4 парсеков.

Время рассказывает похожую историю. За 13,6 миллиарда лет существования Млечного пути 170 миллионов черных дыр в среднем означают примерно одну новую черную дыру звездной массы каждые 80 лет. Однако в действительности «бэби-бум» черных дыр в Галактике произошел гораздо раньше, когда звездообразование было намного более интенсивным, чем сегодня.

Поэтому маловероятно, что мы обнаружим какие-либо черные дыры, скрывающиеся в нашем космическом дворе.

Впрочем, это, пожалуй, наименее интересная из полученных командой результатов.

Как показали предыдущие исследования, черные дыры редко остаются там, где родились. Многие из них рождаются в результате асимметричного взрыва сверхновой, который, по словам астрономов, дает новообразованный объект «пинок», отбрасывая его через всю галактику.

В редких случаях импульс оказывается достаточно мощным, чтобы достичь второй космической скорости в Млечном пути, но в большинстве случаев черные дыры просто отправляются в долгое путешествие внутри галактики, что приводит к несколько иному распределению по сравнению со звездным населением.

Тонкий звёздный диск Млечного пути имеет высоту около 306 парсеков. Команда исследователей обнаружила, что высота диска чёрной дыры составляет около 790 парсеков – в основном из-за этих «родительских» толчков.

Результаты моделирования также показывают, что самые легкие черные дыры улетают дальше всего от плоскости Галактики, потому что получают самые сильные импульсы при рождении.

Это происходит потому, что взрывы сверхновых, которые их создают, выбрасывают больше звездного вещества, позволяя большей части отдачи от сверхновой отбросить новорожденную черную дыру в сторону. Более тяжелые черные дыры, напротив, образуются с большим количеством вещества, падающего обратно на черную дыру, что смягчает отдачу.

Это означает, что будущие исследования будут не просто подсчитывать черные дыры. Массы и движения черных дыр могут раскрыть, как погибли звезды, которые их создали, помогая астрономам различать конкурирующие модели взрывов сверхновых и образования черных дыр.

И, конечно же, если эти исследования подтвердят предсказания Вагга и его команды, это подтвердит эффективность моделирования как инструмента для понимания эволюции галактик.

Как отмечают авторы, современное расположение и движение черных дыр сохраняют отпечаток их прошлого.

Если будущие наблюдения подтвердят это, скрытый «Галактический подземный мир» Млечного пути может стать неожиданным архивом истории галактики.