Если они существуют, черные дыры средней массы, вероятно, пожирают своенравные звезды, как неряшливый малыш, откусывая несколько кусочков, и затем разбрасывая останки по всей галактике, как показало новое исследование, проведенное Северо-Западным университетом. В новых трехмерных компьютерных симуляциях астрофизики смоделировали черные дыры различной массы, а затем пропустили мимо них звезды (размером с наше Солнце), чтобы посмотреть, что может произойти. Исследователи обнаружили, что когда звезда приближается к черной дыре промежуточной массы, она сначала попадает на орбиту черной дыры. После этого черная дыра начинает свою продолжительную и бурную трапезу. Каждый раз, когда звезда совершает круг, черная дыра откусывает кусок, пожирая звезду с каждым проходом. В конце концов, ничего не осталось, кроме деформированного и невероятно плотного ядра звезды. В этот момент черная дыра выбрасывает остатки. Остаток звезды улетает в безопасное место через галактику.
Эти новые симуляции не только намекают на неизвестное поведение черных дыр промежуточной массы, они также дают астрономам новые подсказки, которые помогут наконец определить этих скрытых гигантов в нашем ночном небе. «Очевидно, что мы не можем наблюдать за черными дырами напрямую, потому что они не излучают свет», — говорит Фулья Кироглу из Northwestern, руководившая исследованием. «Итак, вместо этого мы должны смотреть на взаимодействие между черными дырами и их окружением. Мы обнаружили, что звезды претерпевают несколько проходов, прежде чем быть выброшенными. После каждого прохода они теряют больше массы, вызывая свечение по мере того, как разрываются на части. вспышка ярче, чем предыдущая, создавая сигнатуру, которая может помочь астрономам найти их». Кироглу представит это исследование во время виртуальной части апрельского заседания Американского физического общества (APS). Astrophysical Journal принял исследование к публикации.
В то время как астрофизики доказали существование блочных дыр с меньшей и большей массой, черные дыры средней массы остаются неуловимыми. Черные дыры, оставшиеся после коллапса сверхновых, по массе от 3 до 10 раз превышают массу нашего Солнца. На другом конце спектра находятся сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центрах галактик, в миллионы и миллиарды раз превышающие массу нашего Солнца. Если бы они существовали, черные дыры промежуточной массы находились бы где-то посередине — в 10–10 000 раз массивнее черных дыр звездных остатков, но не так массивно, как сверхмассивные черные дыры. Хотя эти черные дыры промежуточной массы теоретически должны существовать, астрофизикам еще предстоит найти неопровержимые наблюдательные доказательства. «Их присутствие все еще обсуждается», — сказал Кироглу. «Астрофизики обнаружили доказательства их существования, но эти доказательства часто можно объяснить другими механизмами. Например, то, что кажется черной дырой промежуточной массы, на самом деле может быть скоплением черных дыр звездной массы».
Чтобы изучить поведение этих уклоняющихся объектов, Кироглу и ее команда разработали новые гидродинамические модели. Сначала они создали модель звезды, состоящую из множества частиц. Затем они направили звезду к черной дыре и рассчитали гравитационную силу, действующую на частицы во время приближения звезды. «Мы можем точно рассчитать, какая частица связана со звездой, а какая разрушена (или больше не связана со звездой)», — сказал Кироглу. С помощью этих симуляций Кироглу и ее команда обнаружили, что звезды могут вращаться вокруг черной дыры промежуточной массы до пяти раз, прежде чем, наконец, будут выброшены. С каждым проходом вокруг черной дыры звезда теряет все больше и больше своей массы по мере того, как ее разрывает на части. Затем черная дыра выбрасывает остатки, двигаясь с невероятной скоростью, обратно в галактику. Повторяющийся узор создаст потрясающее световое шоу, которое должно помочь астрономам распознать и доказать существование черных дыр промежуточной массы. «Удивительно, что звезда не полностью разорвана на части», — сказал Кироглу. «Некоторым звездам может повезти, и они выживут. Скорость выброса настолько высока, что эти звезды можно идентифицировать как сверхскоростные звезды, которые наблюдались в центрах галактик». Затем Кироглу планирует смоделировать различные типы звезд, включая гигантские звезды и двойные звезды, чтобы изучить их взаимодействие с черными дырами.
