Астрономы подсчитали что в Млечном Пути могут скрываться около 170 миллионов чёрных дыр

В нашей галактике может существовать около 170 миллионов чёрных дыр звёздной массы, однако подавляющее большинство из них остаются полностью невидимыми для современных телескопов. К такому выводу пришли астрономы, создавшие детальную компьютерную модель эволюции Млечного Пути за последние 13,6 миллиарда лет. Исследование не только оценивает количество этих скрытых объектов, но и предсказывает их распределение, массы и особенности рождения, что поможет проверить результаты будущими наблюдениями.

Чёрные дыры звёздной массы образуются после гибели массивных звёзд. Когда запасы термоядерного топлива исчерпываются, звезда становится нестабильной и взрывается как сверхновая. Если оставшееся ядро оказывается достаточно массивным, оно коллапсирует в объект с настолько сильной гравитацией, что даже свет не способен его покинуть.

Именно поэтому обнаружить такие объекты чрезвычайно сложно. Если чёрная дыра не поглощает активно вещество и не заставляет его ярко светиться в рентгеновском или других диапазонах, она практически невидима. Это серьёзно затрудняет оценку их реального количества в нашей галактике.

Чтобы решить эту проблему, группа астрофизиков под руководством Тома Уэгга из Института Флэтайрон в США смоделировала историю Млечного Пути с момента его формирования. Учёные воспроизвели процессы рождения звёзд, их эволюции, взрывов сверхновых, образования чёрных дыр и дальнейшего развития галактики, чтобы оценить, сколько подобных объектов должно существовать сегодня.

Расчёты показали, что за всю историю Млечного Пути примерно 170 миллионов звёзд завершили свою эволюцию, превратившись в чёрные дыры звёздной массы.

Несмотря на впечатляющее число, плотность их распределения оказывается сравнительно небольшой. В окрестностях Солнца, на таком же расстоянии от центра галактики, как и наша звёздная система, в среднем приходится всего одна чёрная дыра на 6250 кубических парсеков. Это соответствует объёму пространства с длиной стороны около 18,4 парсека, или примерно 60 световых лет.

Если усреднить процесс образования чёрных дыр за всю историю Млечного Пути, получится, что новая чёрная дыра возникала примерно раз в 80 лет. Однако в действительности этот процесс происходил крайне неравномерно. Основной «бум» рождения чёрных дыр пришёлся на ранние этапы существования галактики, когда звёзды формировались значительно активнее, чем сегодня.

Поэтому вероятность обнаружить подобный объект в непосредственной близости от Солнечной системы остаётся очень небольшой.

Одним из наиболее интересных результатов исследования стало распределение чёрных дыр внутри галактики. Предыдущие исследования уже показывали, что после своего рождения многие из них не остаются на месте.

Во время асимметричного взрыва сверхновой новорождённая чёрная дыра получает так называемый «натальный толчок» — мощный импульс, который может отправить её в длительное путешествие по галактике. Лишь в редких случаях этот толчок оказывается настолько сильным, что объект полностью покидает Млечный Путь, но чаще всего чёрные дыры продолжают двигаться по новым орбитам внутри галактики.

Из-за этого их распределение заметно отличается от распределения звёзд. Если толщина тонкого звёздного диска Млечного Пути составляет около 306 парсеков, то слой, в котором сосредоточено большинство чёрных дыр, достигает примерно 790 парсеков.

Моделирование также показало любопытную закономерность: самые лёгкие чёрные дыры обычно оказываются дальше всего от плоскости галактики. Причина заключается в том, что они получают наиболее сильные импульсы при рождении.

По словам исследователей, это связано с особенностями взрывов сверхновых. Если во время взрыва выбрасывается больше вещества, отдача оказывается сильнее, и молодая чёрная дыра получает более мощный толчок. Более массивные чёрные дыры, напротив, формируются при падении большего количества вещества обратно на объект, что значительно ослабляет этот эффект.

Авторы отмечают, что будущие обзоры неба смогут использовать эти особенности не только для поиска новых чёрных дыр. Изучение их масс и скоростей движения позволит лучше понять механизмы взрывов сверхновых и определить, какие модели образования чёрных дыр наиболее точно описывают происходящие процессы.

Если результаты будущих наблюдений совпадут с расчётами новой модели, это станет важным подтверждением того, что компьютерное моделирование способно достоверно воспроизводить эволюцию Млечного Пути. В таком случае скрытая «подземная галактика» из миллионов невидимых чёрных дыр может стать своеобразным архивом, сохранившим историю формирования и развития нашей галактики.