Блуждающие чёрные дыры могут бродить по космосу, делясь историей родных галактик

Фото из открытых источников

Большинство людей никогда не забывают свой первый дом, неся с собой воспоминания о нём, путешествуя вместе с ним. Новые исследования предполагают, что это утверждение может быть верным и для блуждающих чёрных дыр. Дело в том, что, похоже, блуждающие чёрные дыры, отрывающиеся от своих космических домов, могут нести с собой историю галактик, из которых они в конечном итоге могут вырваться. Результаты исследования команды были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Эти блуждающие черные дыры могут смещаться при столкновении и слиянии галактик, в которых они находятся. Это запускает миллиарды лет путешествий, которые уносят эти черные дыры далеко от точки их образования. Этот процесс может быть еще более выраженным в меньших галактиках, где гравитационное влияние слабее, и черные дыры с меньшей вероятностью прочно связаны с центром галактики.

Учёным известно, что активность сверхмассивных чёрных дыр в центре галактик оказывает сильное влияние на эволюцию галактик-хозяев, но эти результаты показывают, что, хотя блуждающие чёрные дыры могут оказывать меньшее влияние, они могут быть важными свидетелями процессов, формирующих галактики.

«Наши результаты показывают, что рассмотрение блуждающих черных дыр, помимо черных дыр с центром, имеет важное значение для понимания происхождения и динамики массивных черных дыр, а также истории галактик-хозяев», — заявила руководитель группы Эмма Джейн Веллер.

В настоящее время ведутся споры о том, как черные дыры начали расти в зарождающемся космосе. Некоторые ученые предполагают, что первые массивные звезды погибли и коллапсировали, образовав более мелкие черные дыры или «легкие зародыши». Другие же выдвигают теорию, что рост черных дыр начинается раньше, когда плотные скопления в обширных облаках газа и пыли напрямую коллапсируют, образуя гораздо более массивные черные дыры, или так называемые «тяжелые зародыши».

Если блуждающие черные дыры хранят в себе записи о своем рождении, то они могли бы помочь разрешить спор о том, являются ли черные дыры легкими или тяжелыми зародышами.

«Самое интересное в наших открытиях то, что черные дыры, похоже, помнят не только обстоятельства своего рождения, — говорит соавтор исследования Приямвада Натараджан. — Их нынешнее местоположение несет на себе отпечаток всего, что происходило с их галактиками-хозяевами. Разделяя черные дыры в центрах галактик и блуждающие черные дыры, мы можем начать разграничивать эти две истории».

Для этого команда обратилась к космологической симуляции ASTRID, которая способна проследить примерно 13,5 миллиардов лет космической истории, моделируя взаимодействие между структурой темной материи, динамикой газа и звездообразованием вплоть до периода всего в 300 миллионов лет после Большого взрыва.

Используя ASTRID, команда смоделировала галактики с массами от 10 миллионов до 1 миллиарда масс Солнца, отслеживая их эволюцию на протяжении примерно 12,6 миллиардов лет. ASTRID обладает важным для этого исследования преимуществом: он не привязывает черные дыры к центру галактик, а позволяет им свободно перемещаться.

Светящаяся золотая спираль с движущимися вокруг неё красными, синими и жёлтыми «крестиками». Их траектории показаны линиями соответствующих цветов.

Команда подтвердила, что черные дыры чаще блуждают в маломассивных галактиках, а также обнаружила, что такие галактики, по-видимому, сохраняют информацию о своей первоначальной популяции звезд даже после миллиардов лет роста, столкновений и слияний с другими галактиками. Они также обнаружили, что маломассивные галактики с центральной черной дырой прекращают звездообразование раньше, чем галактики с блуждающими черными дырами.

«Некоторые из самых показательных черных дыр во Вселенной, возможно, — это те, которые заблудились. Черные дыры — замечательные космические архивариусы, — сказал Натараджан. — Их обилие говорит нам кое-что о том, как они родились, а их местоположение сохраняет запись о том, как формировались их галактики».

Сочетая этот подход с астрономическими наблюдениями в рентгеновском, радио, оптическом и инфракрасном диапазонах, ученые смогут приблизиться к пониманию происхождения черных дыр как никогда прежде.

«Каждый из этих методов позволяет исследовать разные части популяции», — резюмировала Веллер. «Объединив наблюдения с результатами моделирования, мы, возможно, сможем выявить следы формирования черных дыр и эволюции галактик».