Компьютерная модель предсказала «сестер» сверхмассивной черной дыры в центре Галактики

В крупных спиральных галактиках, похожих на нашу собственную галактику Млечный путь, может находиться не одна, а сразу несколько сверхмассивных черных дыр, которые могут «блуждать» по звездной системе несколько миллиардов лет, показывают расчеты астрономов, опубликованные в журнале Astrophysical Journal Letters.

В центре многих массивных галактик присутствуют сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет от 10⁵ до 10¹⁰ масс Солнца. В Млечном пути присутствие сверхмассивной черной дыры выдает Стрелец A* — компактный радиоисточник, расстояние до которого составляет около 26 тысяч световых лет. Однако в некоторых случаях, например после слияния галактик, сверхмассивные черные дыры могут находиться не только в центре, но и «блуждать». В последние годы астрономы находят все больше свидетельств существования двойных галактических ядер, а также пар сверхмассивных черных дыр в соседних галактиках — это позволяет предположить, что «блуждающие» сверхмассивные черные дыры также могут встречаться чаще, чем предполагалось.

Майкл Треммель (Michael Tremmel) вместе с коллегами провел компьютерное моделирование, чтобы определить, как часто должны встречаться «блуждающие» сверхмассивные черные дыры в галактиках с массами, близкими к массе Млечного пути. Для этого ученые использовали компьютерную модель Romulus, которая охватывает однородный объем 25 кубических мегапарсек и опирается на последние результаты обсерватории «Планк». В симуляцию были также включены модели звездообразования, ультрафиолетового фона Вселенной и влияния взрывов сверхновых.

Более 85 процентов сверхмассивных черных дыр образовались в течение первого миллиарда лет моделирования. Ученые выбрали 26 объектов, похожих на Млечный путь, и проанализировали, как будут меняться орбиты сверхмассивных черных дыр в их окрестностях. Оказалось, что независимо от того, сколько раз галактики сливались друг с другом в прошлом и какую форму имеют, в среднем в пределах 10 килопарсек от их центра должно находиться 5,1 ± 3,3 сверхмассивных черных дыр, включая центральную. Однако они удерживаются внутри границ галактики всего несколько миллиардов лет.

Исследователи пришли к выводу, что «блуждающие» сверхмассивные черные дыры чаще всего должны находиться за пределами галактического диска. Статистическая значимость этого вывода составляет около 4 сигма, то есть с уверенностью об открытии говорить нельзя. Тем не менее исследователи говорят о том, что вероятность того, что «блуждающая» сверхмассивная черная дыра пройдет неподалеку от Солнца и повлияет на планеты нашей системы — крайне мала. «По нашим оценкам, приближение одного из таких странников, способного повлиять на нашу Солнечную систему, должно происходить каждые 100 миллиардов лет или около того, что в десятки раз больше возраста Вселенной», — комментирует Треммель. 

Поскольку «блуждающие» сверхмассивные черные дыры находятся далеко от центра галактик, они вряд ли будут активно поглощать газ, что делает их невидимыми. Сейчас Треммель вместе с коллегами ищут способ непрямого обнаружения этих объектов.

В пользу существования «соседей» у центральной черной дыры в Млечном пути говорит открытие как минимум 12 черных дыр, сделанное другой группой астрономов. Однако они имеют намного меньший размер и входят в состав маломассивных рентгеновских двойных систем. Предполагается, что всего в пределах одного парсека вокруг сверхмассивной черной дыры могут находится около 20 тысяч черных дыр.

Кристина Уласович