Ученые выяснили, насколько большими могут быть сверхмассивные черные дыры

В центрах больших галактик, как считают ученые, находятся очень большие черные дыры. Они называются сверхмассивными и весят как миллионы или даже миллиарды Солнц.

Самая большая из известных нам черных дыр называется Феникс А. Она находится в центре одного из самых больших скоплений звезд, которые когда-либо   видели ученые. Это скопление называется Феникс. До него 5,8 миллиарда световых лет. Масса Феникса А примерно равна 100 миллиардам масс Солнца.

Еще одна огромная черная дыра — Tonantzintla 618 (Ton 618). Она весит около 66 миллиардов Солнц и находится на расстоянии около миллиарда световых лет от нас.

Ученые из Йельского университета во главе с Приямвадой Натараджан задались вопросом о том, насколько большой может стать черная дыра.

Они выяснили, что сверхмассивные черные дыры — это такие черные дыры, которые в 10 миллиардов раз больше Солнца. То есть они в среднем в 10 тысяч раз массивнее обычных сверхмассивных черных дыр.

Исследование команды опубликовано на сайте arXiv.

Где искать сверхмассивные черные дыры

Прежде чем ученые смогут изучить огромные черные дыры, им нужно понять, где эти объекты находятся.

Натараджан объяснила, что одна из подсказок — это связь между массой центральных черных дыр и количеством звезд в галактиках, в которых они находятся. Галактики с большим количеством звезд должны содержать более массивные черные дыры.

«Эта масштабная зависимость говорит о том, что существует глубокая связь между ростом черных дыр и формированием звезд в их галактиках», — говорит Натараджан.

Огромные черные дыры, которые называют сверхмассивными, находятся в самых ярких и крупных галактиках, где много звезд. Такие галактики в центре скоплений, их называют BCG (Brightest Central Galaxies), — это лучшие места для таких черных дыр.

«Сверхмассивные черные дыры были обнаружены там, где, согласно нашим результатам, мы и должны были их искать — в центрах близлежащих BCG. Что меня удивляет, так это то, что черные дыры всех размеров, по сути, разбросаны по всей Вселенной», — говорит Натараджан.

«Похоже, что в галактиках обитает несколько популяций черных дыр: сверхмассивная черная дыра или сверхмассивная в центре, в зависимости от яркости галактики; целая популяция блуждающих БХ, которые находятся вне центра и распределены повсюду и могут иметь массу от сверхмассивных черных дыр до более низких масс».

Почему черные дыры не могут становиться все больше и больше? Ведь они находятся в центрах галактик и могут поглощать газ, пыль и звезды. Разве у них есть какие-то ограничения?

Оказывается, есть предел их росту. Черные дыры сами устанавливают для себя это ограничение.

«Согласно теоретическим аргументам, которые мы привели, сверхмассивные черные дыры тормозят свой собственный рост», — объясняет Натараджан. „Мы предполагаем, что газ попадает в центр галактики и питает сверхмассивную черную дыру. Но не весь газ оказывается внутри черной дыры. Большая часть газа выбрасывается, а внутрь попадает только его малая часть. Черные дыры — очень прожорливые, но не все съедают!“

Часть газа, которая не попадает в черную дыру, выбрасывается с большой скоростью на десятки световых лет от центра родной галактики. Это похоже на мощные струи или потоки.

Эти струи врезаются в газ соседней галактики и нагревают его. Из-за этого газ не может сгуститься и образовать звезды. Поэтому джеты мешают появлению новых звезд.

Джеты отталкивают газ от центра галактики, мешая ему попадать в черную дыру. Это похоже на то, как если бы черная дыра сама регулировала количество поступающей в нее пищи и тем самым ограничивала свой рост.

Если весь газ во внутренних областях галактик будет израсходован, черная дыра не сможет расти дальше.

По мнению ученого, из-за такой системы обратной связи и ограничений в питании предел для сверхмассивных черных дыр составляет около 100 миллиардов масс Солнца.

Если предположения Натараджан и ее коллег верны, то черная дыра под названием Феникс А может быть не только самой тяжелой из всех, которые мы когда-либо   находили, но и самой большой из тех, что нам удастся обнаружить.

Ученые переключились с исследования черных дыр на другие объекты. Они хотят изучить черные дыры, масса которых меньше, чем у самых больших черных дыр, но больше, чем у тех, массу которых имеет наше Солнце. Такие черные дыры образуются после смерти массивных звезд. Эти космические объекты находятся между сверхмассивными черными дырами и черными дырами со звездной массой. Их называют «черные дыры промежуточной массы». Ученым пока не удалось их найти.

«Следующим шагом будет преодоление разрыва между сверхмассивными черными дырами и черными дырами звездной массы», — заключил Натараджан. „Должна существовать большая популяция черных дыр промежуточной массы с массой в 1000-10 000 раз больше массы Солнца, которую мы только сейчас начинаем медленно открывать“.

Ранее ученые выяснили, что пара связанных черных дыр рано или поздно обязательно сольется воедино.

07.12.2024