Новое исследование предсказывает существование во Вселенной масс, превышающих массу сверхмассивных черных дыр.

Рядом с центром галактики Млечный Путь находится массивный объект, который астрономы называют Стрелец А*. Эта «сверхмассивная» черная дыра могла расти вместе с нашей галактикой, и не одна. Ученые считают, что подобный гигант лежит в основе практически всех крупных галактик во Вселенной.

Некоторые из них могут стать действительно большими, сказал Джозеф Саймон, научный сотрудник факультета астрофизики и планетарных наук Колорадского университета в Боулдере.

«Черная дыра в центре нашей галактики в миллионы раз массивнее Солнца, но мы также видим и другие, масса которых, по нашему мнению, в миллиарды раз больше массы Солнца», — сказал он.

Астрофизик посвятил свою карьеру изучению поведения этих трудно наблюдаемых объектов. В недавнем исследовании он использовал компьютерное моделирование, или «модели», для предсказания массы самых больших сверхмассивных черных дыр во Вселенной — математическое понятие, известное как функция массы черной дыры.

Другими словами, Саймон стремился определить, что можно обнаружить, если расположить каждую из этих черных дыр одну за другой в гигантском масштабе.

Его расчеты показывают, что миллиарды лет назад черные дыры могли быть в среднем намного больше, чем предполагали ученые. Полученные данные могут помочь исследователям решить более крупную загадку, выяснив силы, которые сформировали такие объекты, как Стрелец А*, когда они вырастали из крошечных черных дыр в гигантов, которыми они являются сегодня.

«Из различных источников мы начинаем видеть, что с самого начала во Вселенной существовали очень массивные объекты», — сказал Саймон.

Свои выводы он опубликовал 30 мая в Письма из астрофизического журнала.

Галактическая симфония

Для Саймона эти «очень громоздкие вещи» — его хлеб с маслом.

Астрофизик является частью второй исследовательской работы под названием Североамериканская обсерватория наногерцовых гравитационных волн (НАНОГрав). В рамках проекта Саймон и сотни других ученых из США и Канады потратили 15 лет на изучение явления, известного как «фон гравитационных волн». Эта концепция относится к постоянному потоку гравитационных волн или гигантской ряби в пространстве и времени, которая практически постоянно проходит через вселенную.

Этот космический импульс также берет свое начало в сверхмассивных черных дырах. Саймон объяснил, что если две галактики столкнутся друг с другом в космосе, центральные черные дыры также могут столкнуться и даже слиться. Они кружатся, прежде чем врезаться друг в друга, как две тарелки в оркестре — только эта тарелка генерирует гравитационные волны, буквально искажающие ткань вселенной.

Чтобы понять происхождение гравитационных волн, ученым сначала нужно узнать, насколько массивны сверхмассивные черные дыры во Вселенной. По словам Саймона, более крупные тарелки создают более сильный взрыв и производят гораздо больше гравитационных волн.

Есть всего лишь одна проблема.

«У нас уже есть хорошие измерения масс сверхмассивных черных дыр в нашей галактике и близлежащих галактиках», — сказал он. «У нас нет таких же измерений для далеких галактик. Нам остается только догадываться».

Черные дыры на подъеме

В своем новом исследовании Саймон решил гадать совершенно по-новому.

Во-первых, он собрал информацию о сотнях тысяч галактик, которым несколько миллиардов лет. (Свет может двигаться только очень быстро, поэтому, когда люди наблюдают за далекими галактиками, они оглядываются назад во времени.) Саймон использовал эту информацию для расчета приблизительных масс черных дыр для крупнейших галактик во Вселенной. Затем он использовал компьютерные модели для имитации фоновых гравитационных волн, создаваемых этими галактиками, которые в настоящее время омывают Землю.

Находки Саймона раскрывают весь диапазон масс сверхмассивных черных дыр во Вселенной, возраст которых составляет почти 4 миллиарда лет. Он также заметил кое-что странное: казалось, что миллиарды лет назад по Вселенной было разбросано гораздо больше крупных галактик, чем предсказывали некоторые предыдущие исследования. Это не имело смысла.

«Было ожидание, что вы увидите эти действительно массивные системы только в ближней Вселенной», — сказал Саймон. «Для роста черных дыр требуется время».

Тем не менее, его исследование дополняет растущее количество доказательств того, что им может потребоваться не так много времени, как когда-то считали астрофизики. Например, миллиарды лет назад команда НАНОграв видела подобные сигналы гигантских черных дыр, скрывающихся во Вселенной.

На данный момент Саймон надеется исследовать весь спектр черных дыр, простирающихся еще дальше во времени, раскрывая подсказки о том, как появился Млечный Путь и, в конечном итоге, наша Солнечная система.

«Понимание массы черных дыр имеет решающее значение для некоторых из этих фундаментальных вопросов, таких как происхождение гравитационных волн, а также то, как растут галактики и как развивалась наша Вселенная», — сказал Саймон.