Есть супермассивные черные дыры. Есть ультрамассивные черные дыры. Насколько велики могут вырасти эти странные объекты? Ну, может быть, есть что-то еще большее, чем сверхмассивное: колоссально большие черные дыры, согласно последним исследованиям.
Такие гипотетические черные дыры, масса которых превышает массу Солнца более чем в 100 миллиардов раз, были исследованы в новой статье, которая называет их SLAB, аббревиатура, означающая «Колоссально большие черные дыры».
«Мы уже знаем, что черные дыры существуют в широком диапазоне масс, при этом в центре нашей собственной галактики находится сверхмассивная черная дыра в 4 миллиона масс Солнца», — пояснил астроном лондонского Университета Королевы Марии Бернард Карр.
«Хотя в настоящее время нет никаких доказательств существования SLAB, возможно, что они могли бы существовать, и они могли бы также находиться вне галактик в межгалактическом пространстве, что имело бы интересные последствия для наблюдения».
Черные дыры имеют лишь несколько достаточно широких категорий масс. Существуют черные дыры звездной массы; это черные дыры, которые находятся вокруг массы звезды, примерно до 100 солнечных масс. Следующая категория — черные дыры средней массы, и насколько большими они становятся, зависит от того, с кем вы разговариваете. Некоторые говорят, что 1000 солнечных масс, некоторые говорят, что 100 000, а другие говорят, что 1 миллион; независимо от верхнего предела, они кажутся довольно редкими.
Сверхмассивные черные дыры (SMBHs) намного, намного больше, порядка миллионов до миллиардов солнечных масс. К ним относятся SMBH в центре Млечного Пути, Стрелец A*, с массой 4 миллиона солнечных масс, и самый фотогеничный SMBH во Вселенной, M87*, с массой 6,5 миллиарда солнечных масс.
Самые большие черные дыры, которые мы обнаружили, — это ультрамассивные, более 10 миллиардов (но менее 100 миллиардов) солнечных масс. В их число входит абсолютное чудовище с массой 40 миллиардов Солнца в центре галактики под названием Holmberg 15A.
«Однако, как это ни удивительно, идея SLAB до сих пор в значительной степени игнорировалась», — сказал Бернард Карр.
«Мы предложили варианты того, как эти SLAB могут формироваться, и надеемся, что наша работа начнет мотивировать дискуссии среди сообщества».
Дело в том, что ученые не совсем знают, как на самом деле формируются и растут большие черные дыры. Одна из возможностей состоит в том, что они формируются в своей родительской галактике, а затем становятся все больше и больше, поглощая огромное количество звезд, газа и пыли и сталкиваясь с другими черными дырами, когда галактики сливаются.
Эта модель имеет верхний предел около 50 миллиардов масс Солнца — это предел, при котором огромная масса объекта потребовала бы аккреционного диска настолько массивного, что он бы фрагментировался под собственной гравитацией. Но есть и существенная проблема: супермассивные черные дыры были обнаружены в ранней Вселенной с массами слишком большими, чтобы расти в результате этого относительно медленного процесса за время, прошедшее после Большого взрыва.
Другая возможность — это так называемые первичные черные дыры, впервые предложенные в 1966 году. Теория гласит, что разная плотность ранней Вселенной могла создать карманы настолько плотные, что они коллапсировали в черные дыры. Они не будут зависеть от ограничений по размеру черных дыр от коллапсирующих звезд и могут быть очень маленькими или, ну, очень большими.
Чрезвычайно маленькие, если бы они когда-либо существовали, вероятно, к настоящему времени испарились бы из-за излучения Хокинга . Но гораздо более крупные могли выжить.
Итак, основываясь на модели первичной черной дыры, команда точно рассчитала, насколько огромными могут быть эти черные дыры, от 100 миллиардов до 1 квинтиллиона (это 18 нулей) солнечных масс.
По словам исследователей, цель статьи — рассмотреть влияние таких черных дыр на пространство вокруг них. Возможно, мы не сможем увидеть SLAB напрямую — черные дыры, которые не аккрецируют материал, невидимы, поскольку свет не может избежать их гравитации, — но массивные невидимые объекты все еще могут быть обнаружены в зависимости от того, как ведет себя пространство вокруг них.
Гравитация, например, искривляет пространство-время, что заставляет свет, проходящий через эти области, также идти по изогнутому пути; это называется гравитационной линзой, и этот эффект может быть использован для обнаружения SLAB-ов в межгалактическом пространстве, сказали в команде.
Огромные объекты также будут иметь значение для обнаружения темной материи , невидимой массы, которая вводит во Вселенную гораздо больше гравитации, чем должно быть — исходя из того, что мы действительно можем непосредственно обнаружить.
Один гипотетический кандидат в темную материю, слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), будут накапливаться в области вокруг SLAB из-за огромной гравитации, в таких концентрациях, что они будут сталкиваться и уничтожать друг друга, создавая ореол гамма-излучения.
И первичные черные дыры сами по себе тоже являются кандидатами на темную материю.
«Сами по себе SLAB не могут обеспечить темную материю», — сказал Бернард Карр. «Но если они вообще существуют, это будет иметь важные последствия для ранней Вселенной и сделает правдоподобным, что более легкие первичные черные дыры могут это сделать».
Кроме того, мы не могли удержаться от вычисления размера черной дыры массой 1 квинтиллион солнечной массы. Горизонт событий в конечном итоге составит более 620 000 световых лет в поперечнике. Ух. Потрясающе.
Исследование команды было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Источник:
