Среда, 21 февраля, 2024
ДомойКосмосВзлом кода: как формируются черные дыры промежуточной массы

Взлом кода: как формируются черные дыры промежуточной массы

- Advertisement -

Черные дыры промежуточной массы (ЧДД) представляют собой космическую загадку, механизмы их существования и формирования окутаны тайной.

Недавнее исследование, проведенное исследователем Научного института Гран-Сассо Мануэлем Арка Седда и опубликованное в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества Журнал (MNRAS) проливает свет на механизмы, которые приводят к образованию загадочных черных дыр промежуточной массы (ЧДМ). Это объекты с массами от нескольких сотен до десятков тысяч солнечных масс, которые могут представлять собой связующее звено между их меньшими родственниками, звездными черными дырами, и сверхмассивными гигантами, населяющими центры галактик.

Спектр черных дыр

Действительно, существуют разные типы черных дыр: хотя они имеют такую ​​высокую плотность, что даже свет не может избежать их гравитационного притяжения, масса этих небесных тел может варьироваться в очень широком диапазоне и различать механизм их образования. Мы можем выделить три макрокатегории, представляющие астрономический интерес: звездные, промежуточные и сверхмассивные.

Первые, как следует из названия, образуются, когда звезда достаточно большой массы (то есть, по крайней мере, в двадцать раз массивнее нашего Солнца) исчерпывает свое топливо и поддается силе гравитации, схлопываясь сама по себе: они представляют собой легчайшую тип черная дыраи мы имеем четкое теоретическое представление о процессе, ведущем к их образованию.

На противоположном полюсе находятся огромные сверхмассивные черные дыры, массы которых в миллионы или миллиарды раз превышают массу нашей звезды. Считается, что в центре каждой галактики есть такая галактика, и в 2019 году благодаря телескопу Event Horizon удалось получить первое прямое изображение одной из них.

Несмотря на это огромное достижение, формирование и аккреция этих объектов до сих пор представляют собой увлекательную загадку для современной астрономии, главным образом из-за отсутствия однозначного доказательства, подтверждающего само существование черных дыр промежуточной массы. И именно это является предметом исследования Арки Седды, первого из двух других, находящихся на рассмотрении в настоящее время.

На изображении изображено смоделированное звездное скопление, рассчитанное в ходе моделирования Dragon-II. Оранжевые и желтые точки представляют солнцеподобные звезды, а синие точки — звезды, масса которых от 20 до 300 раз превышает массу Солнца. Большой белый объект в центре представляет собой звезду массой около 350 солнечных масс, которая вскоре коллапсирует, образуя черную дыру промежуточной массы. Фото: © М. Арка Седда (GSSI)

Неуловимые черные дыры промежуточной массы

«Черные дыры промежуточной массы трудно наблюдать, — объясняет исследователь GSSI, — нынешние пределы наблюдений не позволяют нам ничего сказать о популяции ЧДМ с массами от 1000 до 10 000 солнечных масс, и они также представляют собой головную боль для ученых с точки зрения возможных механизмов, которые приводят к их формированию».

Одной из целей исследования была именно попытка понять, как формируются эти черные дыры. «Мы разработали новые компьютерные модели, которые могут моделировать образование этих загадочных объектов, и мы обнаружили, что такие ЧДМ могут образовываться в звездных скоплениях посредством сложной комбинации трех факторов: слияний звезд, намного больших, чем наше Солнце, аккреции звездных скоплений. материала на звездные черные дыры и, наконец, слияния звездных черных дыр. Последнее представляет собой процесс, в результате которого появляется возможность «видеть» эти явления посредством обнаружения гравитационные волны— объясняет Арка Седда.

Исследование также выдвигает гипотезу о том, что происходит после рождения промежуточных черных дыр: они выбрасываются из своих собственных скоплений в результате сложных гравитационных взаимодействий или в результате процесса, известного как релятивистская отдача, что предотвращает их дальнейший рост.

Увеличение снимка, сделанного в ходе одного из симуляций DRAGON-II, моделирующего плотные звездные скопления, насчитывающие до 1 миллиона звезд. Оранжевые и желтые точки представляют солнцеподобные звезды, а синие точки — звезды, масса которых от 20 до 300 раз превышает массу Солнца. Большой белый объект в центре представляет собой звезду массой около 350 солнечных масс, которая вскоре коллапсирует, образуя черную дыру промежуточной массы. Фото: М. Арка Седда (GSSI)

«Наши модели показывают, что, хотя зародыши IMBH образуются естественным путем в результате энергичных звездных взаимодействий в звездных скоплениях, они вряд ли станут тяжелее нескольких сотен солнечных масс, если только родительское скопление не является чрезвычайно плотным или массивным», — говорит исследователь GSSI.

Однако еще предстоит ответить на важную научную загадку: являются ли промежуточные черные дыры связующим звеном между звездными и сверхмассивными черными дырами. Это открытый вопрос, но исследование дает место для некоторых предположений.

«Для лучшего разъяснения нам нужны два ингредиента», — объясняет Арка Седда, — «один или несколько процессов, способных образовывать черные дыры в диапазоне масс IMBH, и возможность сохранения таких IMBH в окружающей среде. Наше исследование накладывает строгие ограничения на первый ингредиент, давая нам четкое представление о том, какие процессы могут способствовать образованию IMBH. Рассмотрение более массивных скоплений, содержащих больше двойных систем (систем, состоящих из двух звезд, вращающихся вокруг друг друга), в будущем также может стать ключом к получению второго ингредиента. Но это потребует огромных усилий с технологической и вычислительной точки зрения».

Подробнее об этом исследовании см. в разделе «Неуловимый след промежуточных черных дыр».

Ссылка: «Симуляторы Дракона-II – II. Механизмы формирования, масса и вращение черных дыр промежуточной массы в звездных скоплениях, содержащих до 1 миллиона звезд», Мануэль Арка Седда, Альбрехт В.Х. Камлах, Райнер Спурзем, Франческо Паоло Риццуто, Торстен Нааб, Мирек Гирш и Петер Берчик, 25 сентября 2023, Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093/mnras/stad2292.

Участвующие институты: Научный институт Гран-Сассо, Университет Падуи, Институт астрономических исследований (Zentrum Fur Astronomie der Universitat Heidelberg), Институт астрономии Макса Планка (MPIA, Гейдельберг), Институт астрофизики Макса Планка (MPA, Гархинг), Национальный астрономический институт. Обсерватории и ключевая лаборатория вычислительной астрофизики (Китайская академия наук, Пекин), Институт астрономии и астрофизики Кавли (Пекинский университет), Астрономический центр Николая Коперника (CAMK, Варшава), Обсерватория Конколи (Университет Эотвос, Будапешт), Главная астрономическая обсерватория ( Национальная академия наук Украины, Киев), ИНФН-Падова, ИНФН-Падова, ИНФН-Астрономическая обсерватория ди Каподимонте.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме