Тяжелые сверхмассивные черные дыры во Вселенной появились не мгновенно. Взращенные газом и пылью, которые они потребляли или слиянием с другими плотными объектами, предположительно небольшие чёрные дыры неимоверно выросли в размерах и весе, образовав в конце концов центры галактик, такие как наш собственный Млечный путь. Но всё дело в том, что ещё никто не нашел эти «зародыши» гигантов.
Ученые, используя всю имеющуюся в их распоряжении технику работают, пытаясь выследить крупные объекты, которые соответствуют описанию малых и средних чёрных дыр.
Черная дыра - чрезвычайно плотный объект в космосе, из которого не может вырваться свет. Когда материал падает в черную дыру, у него нет выхода. И чем больше черная дыра ест, тем больше она растет как по массе, так и по размеру.
В современной классификации существуют три типа чёрных дыр:
- от 1 до 100 солнечных масс – так называемые чёрные дыры звездной массы
- от 100 до 100 000 солнечных масс - черные дыры средней массы
- от 100 000 до миллиардов солнечных масс - сверхмассивные черные дыры
Сверхмассивные черные дыры являются «центральными якорями» больших галактик. Например, наше Солнце и все другие звезды на Млечном Пути вращаются вокруг черной дыры под названием Стрелец A*, которая весит около 4,1 миллиона солнечных масс.
Плотность вещества, необходимого для создания черной дыры, просто запредельна. Чтобы «сделать» черную дыру в 50 раз больше массы Солнца, нужно было бы собрать вещество эквивалентное 50 нашим Солнцам в шар диаметром менее 300 километров.
Центральная часть галактики M87 массой в 6,5 млрд. Солнц была сжата в шар размером больше, чем орбита Плутона.
Ключом к загадке происхождения черных дыр является физический предел того, насколько быстро они могут расти. Даже гигантские «монстры» в центрах галактик имеют ограничения по скорости своего безумного роста, потому что определенное количество материала отталкивается высокоэнергетическим излучением, исходящим от горячих частиц, ускоренных вблизи горизонта событий.
Например, если чёрная дыра будет просто поглощать вещество, то она (имея изначально малую массу) может удвоить свой «вес» только через 30 миллионов лет.
«Если вы начнете с массы 50 солнечных масс, вы просто не сможете увеличить ее до 1 миллиарда солнечных масс за 1 миллиард лет», - сказал Игорь Чилингарян, астрофизик из Смитсоновской астрофизической обсерватории, Кембридж, Массачусетс и Московского государственного университета. Но, «как мы знаем, существуют сверхмассивные черные дыры, которые появились менее чем через 1 миллиард лет после образования Вселенной».
Допустим, в начале истории Вселенной «семена» черных дыр средней массы могли образоваться либо в результате коллапса большого плотного газового облака, либо в результате взрыва сверхновой.
Но, если они формировались, то есть ли они сейчас и если есть, то где?
Одно из свидетельств того, что черные дыры средней массы все еще могут существовать, «пришло» от Лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории Национального научного фонда (LIGO) (сайт LIGO). Детекторы LIGO обнаружили множество различных слияний черных дыр через «рябь» в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами.
Вполне возможно, что все черные дыры средней массы уже слились, но также возможно, что современные технологии не имеют достаточных «возможностей» для их обнаружения.
Самый многообещающий кандидат в черные дыры средней массы - HLX-1, масса которого примерно в 20 000 раз больше массы Солнца. Он был обнаружен в 2009 году австралийским астрономом Шоном Фарреллом с помощью рентгеновского космического телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства. В исследовании, проведенном в 2012 году с использованием космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Свифт", было обнаружено скопление молодых голубых звезд, вращающихся вокруг этого объекта. Возможно, когда-то это был центр галактики-карлика, которую проглотила большая галактика ESO 243-49. По словам Харрисона, многие ученые считают HLX-1 проверенной черной дырой средней массы.
Менее яркие объекты, которые так же могут быть черными дырами средней массы, связываются учёными с существующими ультрафиолетовыми источниками рентгеновского излучения, или ULX. «Мерцающий» ULX под названием NGC 5408 X-1 особенно заинтриговал ученых, ищущих черные дыры средней массы.
M82 X-1, самый яркий рентгеновский источник в галактике M82, является еще одним очень ярким объектом, который, вероятно, «мерцает» во временных масштабах, согласующихся с физикой эволюции черной дыры промежуточной массы. Изменения в яркости связаны с массой черной дыры и вызваны движением материала по орбите вблизи внутренней области аккреционного диска.
Карликовые галактики также являются интересными местами для поиска, потому что, теоретически, меньшие звездные системы могут содержать черные дыры гораздо меньшей массы, чем те, которые находятся в центрах более крупных галактик, таких как наша.
По той же причине ученые также проводят поиск в шаровых скоплениях - сферических скоплениях звезд, расположенных на окраинах Млечного Пути и других галактик.
Охотники за черными дырами средней массы с нетерпением ждут запуска космического телескопа НАСА Джеймса Уэбба, который будет смотреть назад в прошлое на зарю эволюции первых галактик.
Еще один новый инструмент, выпущенный в июле российским космическим агентством Роскосмос, (Spectrum X-Gamma), космический аппарат, который будет сканировать небо в рентгеновских лучах и оснащенный инструментом с зеркалами, разработанным и изготовленным совместно с Центром космических полетов НАСА Marshall, Хантсвилл, Алабама.
