Чорні діри не завжди ховаються там, де їх шукають: що з'ясували вчені

Деякі галактики можуть здаватися позбавленими центральної масивної чорної діри, хоча насправді такий об'єкт перебуває далеко від їхнього центру. Нове дослідження показало, як зіткнення галактик впливають на розташування чорних дір і чому частина з них мільярдами років не повертається до центральних областей.

Про результати дослідження пише редакція Новини.LIVE з посиланням на The Daily Galaxy.

Чому чорні діри залишаються далеко від центрів галактик

Масивні чорні діри зазвичай розташовуються поблизу галактичних центрів, проте після злиття двох галактик ситуація може змінитися. Менша галактика приносить із собою власну чорну діру, яка не обов'язково одразу опиняється в центрі новоутвореної системи.

Поступово гравітаційна взаємодія з навколишньою речовиною зменшує енергію її орбітального руху. Цей процес називають динамічним тертям. Однак у галактиках із невеликою масою речовини може бути недостатньо для швидкого переміщення чорної діри до центру.

У результаті такі об'єкти здатні залишатися на віддалених орбітах протягом мільярдів років. При цьому вони не обов'язково покидають свої галактики, а продовжують рухатися всередині них.

Це явище досліджували Емма Джейн Веллер і Пріямвада Натараджан із Єльського університету разом із Коліном Берком з Університету Північного Техасу. Науковці використали космологічну симуляцію ASTRID, яка охоплює приблизно 12,6 мільярда років розвитку Всесвіту.

У межах дослідження, опублікованого в The Astrophysical Journal Letters, команда проаналізувала галактики із зоряною масою від 10 мільйонів до одного трильйона мас Сонця. Мандрівними вважали чорні діри, розташовані за межами радіуса, всередині якого зосереджена половина зоряної маси галактики.

Моделювання показало, що з часом частка маломасивних галактик із центральними чорними дірами зменшувалася, тоді як кількість систем із віддаленими чорними дірами зростала. Це означає, що відсутність такого об'єкта в центрі ще не свідчить про його відсутність у самій галактиці.

Що мандрівні чорні діри можуть розповісти про ранній Всесвіт

Розташування чорних дір може допомогти астрономам з'ясувати, як виникли перші надмасивні чорні діри. Наразі дослідники розглядають два основні сценарії їхнього початкового формування.

За першим, початкові чорні діри утворювалися після колапсу найдавніших зір і мали масу приблизно в 100 разів більшу за сонячну. Другий сценарій передбачає безпосереднє гравітаційне стиснення первісних газових хмар, унаслідок якого могли виникати значно масивніші зародки — від 10 тисяч до мільйона мас Сонця.

У великих галактиках подальше зростання та злиття чорних дір можуть приховати відмінності між цими сценаріями. Натомість невеликі галактики здатні краще зберігати сліди ранніх етапів їхнього формування.

Дослідники з'ясували, що врахування лише початкових чорних дір із масою понад 100 тисяч сонячних суттєво зменшує частку маломасивних галактик, які містять такі об'єкти.

Водночас симуляція ASTRID має обмеження: початкові чорні діри в ній мають масу від 44 тисяч до 440 тисяч мас Сонця. Тому моделювання поки не дозволяє визначити, який із двох сценаріїв пояснює походження перших надмасивних чорних дір.

Про складність їхнього пошуку свідчать і попередні спостереження. У дослідженні 2025 року, що охопило 1606 галактик, астрономи встановили, що центральні масивні чорні діри трапляються рідше зі зменшенням маси галактики. За оцінками, лише приблизно третина карликових галактик із зоряною масою від 100 мільйонів до одного мільярда сонячних має центральну масивну чорну діру.

Однак нове моделювання вказує на можливе пояснення: частина таких об'єктів може перебувати не в центрі, а на віддалених орбітах. Особливо це стосується сучасних маломасивних галактик, у яких триває зореутворення.

Знайти мандрівні чорні діри непросто. Для цього астрономи можуть використовувати глибокі рентгенівські спостереження, оптичну та інфрачервону спектроскопію, а також радіоспостереження.

Іншим способом виявлення можуть стати яскраві спалахи, що виникають, коли чорна діра руйнує зорю, яка опинилася надто близько до неї.

Раніше Новини.LIVE писали, що космічна обсерваторія Euclid, головним завданням якої є вивчення темної матерії та темної енергії, допомогла астрономам відкрити нову комету. Знахідка виявилася несподіваною, адже об'єкт розташований у віддаленій області Сонячної системи, де особливості роботи телескопа ускладнюють його виявлення.

Також Новини.LIVE розповідали, що ядерний вибух біля астероїда здатен не просто відхилити його від початкової траєкторії, а й спричинити масштабне руйнування. Американські дослідники відтворили такий сценарій у тривимірній моделі та встановили, що за певних обставин космічне тіло може майже повністю розпастися на уламки.