Астрономы обнаружили сотни «скрытых» черных дыр — а их может быть еще миллиарды или даже триллионы

Исследователи обнаружили эти гигантские черные дыры, глядя на них сквозь облака пыли и газа в инфракрасном свете. По словам исследователей, находка может помочь астрономам уточнить теорию эволюции галактик.

Охота в темноте

Охота за черными дырами — сложная работа. Они являются самыми темными объектами во Вселенной, поскольку даже свет не может избежать их гравитационного притяжения. Иногда ученые могут «увидеть» черные дыры, когда они пожирают материю вокруг себя: окружающий материал ускоряется так быстро, что начинает светиться. Но не все черные дыры имеют яркое видимое кольцо, поэтому их поиск требует немного больше творческого подхода.

Астрономы считают, что во Вселенной существуют миллиарды, а может быть, и триллионы сверхмассивных черных дыр — черных дыр с массой, по крайней мере в 100 000 раз превышающей массу нашего Солнца. Одна из них, вероятно, скрывается в центре каждой крупной галактики. Но ученые не могут сосчитать все сверхмассивные черные дыры. Вместо этого им приходится проводить исследования близлежащих галактик, чтобы оценить количество этих черных дыр, скрывающихся в нашем уголке космоса.

Есть только одна проблема: в то время как некоторые черные дыры достаточно очевидны благодаря яркому ореолу материи, окружающему их, другие остаются незамеченными. Это может быть связано с тем, что они заслонены облаками газа и пыли, которые еще не разогнались настолько, чтобы накалиться, или с тем, что мы смотрим на них под неправильным углом. Согласно новой работе, опубликованной 30 декабря 2024 года в Astrophysical Journal, около 35 % сверхмассивных черных дыр скрыты таким образом. Это значительно больше, чем предыдущая оценка в 15 %, хотя авторы статьи считают, что истинное число может быть ближе к 50 %.

Взгляд сквозь облака

Однако астрономы уже придумали, как их обнаружить. Облака вокруг скрытых черных дыр все еще излучают свет — только в инфракрасном, а не в видимом спектре. В новом исследовании ученые использовали данные двух приборов для обнаружения этих инфракрасных излучений. Первый — инфракрасный астрономический спутник НАСА (IRAS), который проработал всего 10 месяцев в 1983 году и стал первым космическим телескопом, заглянувшим в инфракрасный диапазон. Второй — Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), космический телескоп, работающий под управлением Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене и способный обнаруживать высокоэнергетические рентгеновские лучи, испускаемые перегретой материей, вращающейся вокруг черных дыр.

Используя архивные данные IRAS, исследователи выявили сотни вероятных скрытых черных дыр. Затем они использовали наземные телескопы видимого света и NuSTAR, чтобы исключить некоторых кандидатов и подтвердить других. Несколько из них оказались галактиками в процессе формирования большого количества звезд, но многие оказались затуманенными черными дырами.

«Меня поражает, насколько полезными оказались IRAS и NuSTAR для этого проекта, особенно несмотря на то, что IRAS был запущен более 40 лет назад», — сказал соавтор исследования Питер Бурман, астрофизик из Калифорнийского технологического института, в своем заявлении.

Эта методика может помочь астрономам определить, насколько распространены сверхмассивные черные дыры во Вселенной и какую роль они играют в формировании галактик. Например, эти гигантские разрывы в пространстве-времени могут помочь ограничить размер галактики, притягивая ее к гравитационному центру или поглощая огромное количество звездообразующей пыли. Эта техника может даже помочь ученым узнать больше о сердце нашего собственного Млечного Пути.

«Если бы в нашей галактике Млечный Путь не было сверхмассивной черной дыры, на небе могло бы быть гораздо больше звезд», — сказал соавтор исследования Пошак Ганди, профессор астрофизики Саутгемптонского университета (Великобритания).

Открытие скрытых сверхмассивных черных дыр не только расширяет наше понимание галактиков, но и ставит множество новых вопросов о динамике космоса. Исследователи начинают осознавать, что эти черные дыры могут быть гораздо более важными для эволюции галактик, чем считалось ранее. При помощи новых методов анализа данные из IRAS и NuSTAR показывают, что взаимодействие между черными дырами и окружающими их звёздами не просто случайное, а представляет собой сложную и взаимозависимую механику.

Например, оказавшееся в центре внимания поле звездообразования вокруг черных дыр приводит к любопытным результатам: черные дыры, поглощая вещества, могут способствовать образованию новых звезд. Это открывает возможность для формирования звёздных скоплений вблизи центров галактик, а их гравитационные силы, в свою очередь, могут управлять движением и орбитами звезд. Таким образом, черные дыры не просто «пожиратели» материи, а активные участники в формировании структуры галактического диска.

Безусловно, понимание механизмов, управляющих этими взаимодействиями, требует дальнейших исследований. Ученые надеются, что предстоящие миссии по астрономическим наблюдениям, такие как космический телескоп «Джеймс Уэбб», предоставят ещё более точные данные о черных дырах в инфракрасном диапазоне. Если новые технологии дадут возможность «увидеть» скрытые черные дыры еще яснее, это может изменить наше понимание о том, как образуются и развиваются галактики в масштабе всей Вселенной.

Параллельно с исследованием черных дыр, астрономы также изучают их связь с темной энергией и темной материей. Есть гипотеза, что черные дыры могут играть роль в формировании темной материи, помогая предсказать, как она распределена во Вселенной. Это поднимает еще один важный вопрос о том, как объяснить поведение галактик и их динамику через призму скрытых величин, таких как темная материя.

Тем не менее, пока одни ученые продолжают исследовать неизвестные уголки космоса в поисках черных дыр, другие стараются декодировать информацию, которую уже удалось собрать. Каждое новое открытие может привести к озарению в понимании глубоких тайн Вселенной. И, возможно, однажды мы сможем не только увидеть эти скрытые сущности, но и понять их истинное значение в масштабах всей космологии.

Таким образом, охота за черными дырами является не только поиском утерянных объектов, но и испытанием наших знаний о самых фундаментальных законах природы. И, как показывает практика, в этом путешествии вперед, вы можете обнаружить нечто невероятное, что изменит наше понимание о том, что значит быть частью этой волшебной и загадочной Вселенной.