Как образуются черные дыры средней массы

Ученые выдвинули новую теорию относительно того, как образуются пока что практически неуловимые черные дыры средней массы. По их мнению, ключевую роль в их развитии играют шарообразные скопления.

Звездное скопление, в середине которого могут находиться черные дыры средней массы.
Звездное скопление, в середине которого могут находиться черные дыры средней массы. Источник: phys.org

Новое исследование ученых

Недавно опубликованное исследование группы ученых под руководством Мичико Фуджии из Токийского университета демонстрирует возможный механизм образования черных дыр средней массы в шаровых скоплениях. Это группы из десятков тысяч, а то и миллионов светил, рождающихся и эволюционирующих в условиях гравитационной связанности.

Первое в истории моделирование формирования массивных скоплений показало, что достаточно плотные молекулярные облака, «звездные колыбели», могут давать жизнь действительно очень крупным звездам, которые эволюционируют в черные дыры средней массы.

Предыдущие наблюдения показали, что некоторые массивные звездные шаровые скопления содержат черные дыры промежуточной массы. Такие объекты весят от 100 до 10000 раз больше Солнца и являются промежуточным звеном между теми черными дырами, которые образовались в результате вспышек сверхновых, и сверхмассивными монстрами в центрах галактик.

Черные дыры в звездных скоплениях

«Колыбель» может казаться нам символом тепла и покоя. Но это не так в случае звезд. Шаровидные скопления формируются в условиях хаоса. Разница в плотности среды заставляет объекты сталкиваться и сливаться. Во время этого процесса гравитационные силы растут вместе с ними.

Повторяющиеся столкновения в плотной центральной области шаровых скоплений могут привести к рождению очень крупных звезд, масса которых еще на этой стадии превышает 1000 масс Солнца. Эти объекты могут эволюционировать в черные дыры промежуточной массы напрямую.

Однако предыдущие симуляции уже сформированных скоплений предполагали, что звездные ветры сдувают большую часть массы этих объектов, в результате чего они на самом деле должны быть меньше, чем показывают модели. Чтобы выяснить, могут ли черные дыры промежуточной массы «выжить», исследователям нужно было смоделировать скопление, пока оно еще формируется.

Симуляция рождения черных дыр

«Моделирование формирования звездного скопления было сложной задачей из-за его высокой стоимости, — говорит Фуджии. — Мы впервые успешно выполнили этот процесс, моделируя отдельные звезды. Решая уравнения с реалистичным набором масс, мы смогли реконструировать процессы столкновения в плотно упакованной среде».

В симуляции столкновения действительно привели к образованию очень массивных звезд, которые эволюционировали в черные дыры средней массы. Исследователи также обнаружили, что соотношение масс между скоплением и объектами внутри них совпадает с данными наблюдений, которые изначально мотивировали проект.

По материалам phys.org