Черные дыры уничтожают тысячи звезд, чтобы стимулировать свой рост
В некоторых из самых густонаселенных частях Вселенной черные дыры, возможно, разрывают на части тысячи звезд и используют их останки для увеличения массы. Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, может помочь ответить на ключевые вопросы о неуловимом классе черных дыр. В то время как астрономы ранее обнаружили много примеров того, как черные дыры разрывают звезды на части, было замечено мало свидетельств разрушения в таких больших масштабах. Этот тип звездного сноса может объяснить, как черные дыры среднего размера образуются в результате безудержного роста гораздо меньшей черной дыры. Астрономы подробно изучили два различных класса черных дыр.
Меньшая разновидность - это черные дыры «звездной массы», которые обычно весят от 5 до 30 раз больше массы Солнца. На другом конце спектра находятся сверхмассивные черные дыры, которые живут в центре большинства крупных галактик и весят миллионы или даже миллиарды солнечных масс. В последние годы также появились доказательства того, что существует промежуточный класс черных дыр «промежуточной массы». Последнее исследование, использующее данные Чандра о плотных звездных скоплениях в центрах 108 галактик, дает доказательства того, где могут образовываться эти средние черные дыры и как они растут.
«Когда звезды расположены так близко друг к другу, как в этих чрезвычайно плотных скоплениях, это обеспечивает жизнеспособную питательную среду для черных дыр средней массы», — сказала Вивьен Балдассаре из Университета штата Вашингтон в Пуллмане, штат Вашингтон, которая руководила исследованием. «И кажется, что чем плотнее звездное скопление, тем больше вероятность того, что оно будет содержать растущую черную дыру». Теоретическая работа группы предполагает, что если плотность звезд в скоплении — число, упакованное в заданный объем, — выше порогового значения, черная дыра звездной массы в центре скопления будет быстро расти по мере ее втягивания, измельчает и поглощает обильные звезды в непосредственной близости.
Из скоплений в новом исследовании Chandra скопления с плотностью выше этого порога примерно в два раза чаще содержат растущую черную дыру, чем скопления ниже порога плотности. Порог плотности зависит также от того, насколько быстро движутся звезды в скоплениях. «Это один из самых впечатляющих примеров ненасытной природы черных дыр, которые мы видели, потому что тысячи или десятки тысяч звезд могут быть поглощены во время их роста», — сказал Николас С. Стоун, соавтор Еврейского Университет Иерусалима. «Безудержный рост начинает замедляться только тогда, когда запас звезд начинает иссякать». Ученые считают, что другие способы образования массивных черных дыр в центрах галактик включают коллапс гигантского облака газа и пыли или коллапс слишком больших звезд прямо в черную дыру среднего размера. Обе эти идеи требуют условий, которые, по мнению ученых, существовали только в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Процесс, предложенный последним исследованием Чандра, может произойти в любой момент истории Вселенной, а это означает, что черные дыры промежуточной массы могут образоваться через миллиарды лет после Большого взрыва, вплоть до наших дней. Рост черных дыр в плотных звездных скоплениях может также объяснить обнаружение гравитационно-волновой обсерваторией лазерного интерферометра (LIGO) некоторых черных дыр с массами примерно в 50-100 раз больше солнечной. Такие черные дыры не предсказываются большинством моделей коллапса массивных звезд. «Наша работа не доказывает, что неконтролируемый рост черных дыр происходит в звездных скоплениях, — сказал Ади Фурд, соавтор из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния. — Но с дополнительными рентгеновскими наблюдениями и дополнительным теоретическим моделированием мы могли бы сделать еще более сильный случай». Статья с описанием этих результатов была принята в The Astrophysical Journal.
