В новом исследовании астрофизики из Института Флэтайрон в США построили компьютерную модель эволюции Млечного Пути и насчитали в нем около 170 миллионов черных дыр звездной массы. Почти все они остаются невидимыми для телескопов.
Расчет занял 13,6 миллиарда лет — именно столько длилась смоделированная история галактики. Результат позволяет понять, где именно прячутся эти объекты и насколько реально их обнаружить.
Главные мысли за 1 минуту
- За всю историю Млечного Пути в черные дыры превратились около 170 миллионов звезд.
- В среднем такая дыра рождалась раз в 80 лет, но основной всплеск пришелся на ранние эпохи галактики.
- В окрестностях Солнца плотность низкая: одна черная дыра на 6250 кубических парсеков (примерно 60 световых лет на сторону).
- Черные дыры распределены в слое толщиной около 790 парсеков — заметно толще звездного диска, который занимает 306 парсеков.
- Легкие черные дыры разлетаются дальше от центральной плоскости галактики из-за мощного импульса при рождении.
Скрытая армия: как рождаются черные дыры
Черные дыры звездной массы появляются в финале жизни массивных звезд. Когда термоядерное топливо заканчивается, звезда теряет устойчивость и взрывается как сверхновая. Если ядро после взрыва достаточно тяжелое, оно сжимается в объект с такой гравитацией, что даже свет не может покинуть его пределы.
Почему телескопы их не видят
Обнаружить такие объекты почти невозможно: черная дыра не излучает сама по себе. Увидеть ее можно только в тот момент, когда она активно поглощает вещество — тогда вокруг нее образуется раскаленный аккреционный диск, светящийся в рентгеновском диапазоне. Большинство дыр в галактике пребывают в спящем состоянии, поэтому их реальное число долго оставалось загадкой.
13,6 миллиарда лет в одной модели
Чтобы оценить количество скрытых объектов, команда под руководством Тома Уэгга воспроизвела все ключевые процессы: рождение звезд, их эволюцию, взрывы сверхновых, образование черных дыр и последующее перемещение этих объектов по галактике. Модель охватила период в 13,6 миллиарда лет — от формирования Млечного Пути до наших дней. По расчетам, за это время в черные дыры превратились 170 миллионов звезд.
Одна черная дыра на 60 световых лет
Несмотря на огромное число, плотность распределения сравнительно невелика. В окрестностях Солнца на каждые 6250 кубических парсеков приходится в среднем одна черная дыра. Такой объем сопоставим с кубом со стороной 18,4 парсека, или примерно 60 световых лет. При этом темпы образования дыр были неравномерными: если в среднем за всю историю новая появлялась раз в 80 лет, то пик активности пришелся на ранние этапы существования галактики, когда звезды формировались гораздо интенсивнее. Вероятность встретить такой объект рядом с Солнечной системой остается небольшой.
Натальный толчок: почему черные дыры не остаются на месте
Один из самых интересных выводов — распределение черных дыр внутри галактики. При взрыве сверхновой новорожденная дыра получает импульс, который называют «натальным толчком». Асимметрия взрыва может отправить объект в путешествие по галактике. Лишь в редких случаях толчок оказывается настолько сильным, что дыра полностью покидает Млечный Путь, но чаще всего она переходит на новую орбиту. Поэтому слой, в котором сосредоточены черные дыры, заметно толще звездного диска: около 790 парсеков против 306 парсеков у тонкого звездного диска.
Самые легкие улетают дальше
Моделирование выявило неожиданную закономерность: черные дыры с меньшей массой оказываются дальше всего от галактической плоскости. Причина — в механизме взрыва. Если при взрыве выбрасывается больше вещества, отдача сильнее, и молодая дыра получает более мощный толчок. Массивные дыры, напротив, формируются, когда значительная часть вещества падает обратно, что гасит импульс. Подобные особенности помогут будущим обзорам неба: изучая массы и скорости черных дыр, астрономы смогут проверить модели взрывов сверхновых.
Что даст совпадение с наблюдениями
Если будущие наблюдения подтвердят расчеты новой модели, это покажет, что компьютерное воспроизведение эволюции Млечного Пути работает достоверно. Миллионы невидимых черных дыр тогда превратятся в своеобразный архив — они сохранили следы всех ключевых событий в истории нашей галактики. Изучение этого скрытого слоя откроет новые данные о том, как формировались и развивались звездные системы.
