170 миллионов черных дыр прячутся на кладбищах Млечного Пути

В нашей галактике прячутся до 170 миллионов звездных трупов, и практически каждый из них — черная дыра. И это не сценарий к новому фантастическому фильму, а сухой остаток нового компьютерного моделирования, которое воссоздало всю 13,6-миллиардную историю Млечного Пути.


Астрофизики из института Флэтайрон в США создали виртуальную копию нашей галактики, проследили за рождением и гибелью бесчисленных звезд и получили цифру, от которой захватывает дух. Но как можно подсчитать то, что принципиально нельзя увидеть? И как так вышло, что черные дыры далеко от тех мест, где когда-то появились свет?

Проклятие невидимости

Черные дыры — это лучшие во Вселенной мастера маскировки. Они не излучают ни одной волны, ни света, ни радио, ни рентгена, их можно заметить, когда эти бездны-невидимки начинают пожирать соседние светила. Но такие пиршества случаются редко, и большую часть времени эти объекты ведут себя тише воды, ниже травы. Именно поэтому увидеть черные дыры напрямую нельзя, а значит, нельзя и просто пересчитать их, как звезды на ночном небе.

Вот тут на помощь и пришло моделирование. Вместо того чтобы гоняться за каждой невидимкой, ученые взяли за основу все, что известно об эволюции звезд, взрывах сверхновых и динамике галактик. Они загрузили эти данные в компьютер и запустили процесс, который растянулся на миллиарды лет. При этом исследователи задали такие параметры, что моделируемая галактика была максимально похожа на Млечный путь. Только можно вычислить то, что ускользает от объективов телескопов.



Команда астрофизиков и математиков во главе Томом Ваггом не стала изобретать велосипед. Ученые просто создали множество виртуальных Млечных Путей, каждый раз прокручивая историю заново, чтобы убедиться в стабильности результатов.

И каждый раз итог оказывался одним и тем же: около 170 миллионов массивных звезд сошли с дистанции, закончив свой путь в статусе черной дыры. Но не слишком ли большая цифра получилась у американских ученых?

«Беби-бум» в масштабах галактики

170 миллионов только на первый взгляд звучит страшно. Однако если применить эту цифру к масштабам Млечного пути, то все становится на свои места. Рядом с Солнечной системой, на расстоянии около 8 килопарсек от центра, на каждый кубический парсек (это примерно 30,9 триллиона километров), находится одна черная дыра.

То есть чтобы наткнуться на ближайшую из них, нужно облететь куб со стороной почти в 570 триллионов километров. Так что никакой опасности для Земли эти объекты не представляют: они разбросаны слишком разрежено.



Интереснее другое: темп появления новых черных дыр был совсем не равномерным. Если разделить 170 миллионов на 13,6 миллиарда лет существования галактики, получится в среднем одна черная дыра каждые 80 лет.

Но этот период, как говорят врачи, представляет собой среднее число по больнице. В молодости Млечного Пути звезды рождались куда активнее, вспыхивали сверхновые одна за другой, и черные дыры появлялись десятками и сотнями в год. Словом, был настоящий «беби-бум».

Сегодня, по расчетам ученых, этот процесс почти иссяк. Современные телескопы фиксируют лишь редкие вспышки, но основная масса невидимок — это пенсионеры, которые тихо дрейфуют по галактическим просторам с незапамятных времен.

И вот тут начинается самое любопытное. Эти старые черные дыры вовсе не сидят на месте, где родились. Взрыв сверхновой, который дает им жизнь, почти всегда асимметричен. Часть звездного вещества улетает в одну сторону, и новорожденный объект получает мощный пинок: астрономы называют его «родительским толчком».

Он способен разогнать черную дыру до сотен километров в секунду, отправив ее в долгое путешествие по галактике. И чем дальше она улетает, тем больше ее нынешнее положение отличается от места рождения.

По законам «подземного мира»

Моделирование показало, что распределение черных дыр в Млечном Пути кардинально отличается от распределения звезд. Тонкий звездный диск нашей галактики имеет толщину около 306 парсек — примерно 9,4 триллиона километров. А вот диск черных дыр, как выяснилось, почти в 2,6 раза толще: он простирается на 790 парсек в обе стороны от плоскости.



Это значит, что большинство черных дыр уже давно покинули родные звездные ясли и разлетелись высоко над и под диском, формируя своего рода «галактический подземный мир» — размытое облако невидимых объектов, которое окутывает центральную часть Млечного Пути.

Но и внутри этого облака есть своя иерархия. Самые легкие черные дыры, масса которых невелика, улетают дальше всего от плоскости галактики. Почему? Потому что они рождаются в самых диких и несимметричных взрывах, где наружу выбрасывается огромное количество звездного вещества, а отдача от этого выброса работает как реактивный двигатель, толкая только что сформировавшуюся дыру в противоположную сторону.

Чем больше вещества улетает в космос, тем сильнее пинок. А тяжелые черные дыры, наоборот, образуются, когда большая часть материала падает обратно на ядро, гася импульс, и они остаются ближе к месту катастрофы.

Заключение

По тому, как сегодня движутся и распределены черные дыры, астрономы смогут восстановить, как именно взрывались их звезды-родители. Толчок, масса, скорость — все это хранит отпечаток того самого сверхнового события, которое произошло миллиарды лет назад. Вагг и его команда надеются, что ученые, которые охотятся за невидимками по их гравитационному влиянию на соседей, смогут проверить их прогнозы. Если данные сойдутся, моделирование станет не просто игрой ума, а полноценным инструментом для изучения эволюции галактик.