У космосі можуть ховатися мільярди прихованих чорних дір

Нехай назва вас не вводить в оману. Усі чорні діри можуть мати серце чистої темряви, але багато з них покриваються кільцями вогню, які палахкотять, як мало іншого у космосі. Це не означає, що всі можна виявити. Аналіз галактик, досліджених великим міжнародним консорціумом дослідників, припускає, що світіння, що оточує третину всіх надмасивних чорних дір, може бути приховано товстим пеленою пилу та газу. У контексті попередніх досліджень, які оцінюють поширеність таких курних плащів, ця цифра може сягати 50 відсотків, залишаючи значну частину важковаговиків чорної діри складно безпосередньо виявити за допомогою сучасних методів.

Чорні діри відомі тим, що є ненаситними концентраціями гравітації, з яких не може вийти навіть світло. І якби вони пливли крізь космос на своїй самоті, це міг би бути кінець історії. Зараз вважається, що більшість великих галактик у Всесвіті містять принаймні одну надмасивну чорну діру, більшість з яких, ймовірно, настільки роздуті тілами згорілих зірок, що вони затонули в місці, де матерія обертається навколо них, як паводкові води навколо відкритого стоку.

Їхній апетит настільки великий, що місиво пилу та газу, що кружляє навколо їхніх кордонів, розганяється до неймовірної швидкості, випромінюючи високу енергію, що вказує на їхню присутність далеко у Всесвіті. Якщо дивитися згори чи знизу, надмасивні чорні діри виглядають нашими телескопами як пончики, що сяють у рентгенівських променях. Однак із краю пил і газ на самих краях сяючого тора приховують світло, обмежуючи наш огляд палаючого ядра галактики.

Це означає, що нам довелося здогадуватися, скільки галактик мають активні надмасивні чорні діри всередині них – підрахунок того, що ми бачимо під час огляду неба, напевно не враховує ті, які спрямовані в напрямку, який залишає їх важко побачити. За деякими підрахунками, лише 15 відсотків надмасивних чорних дір приховано за хмарами пилу.

На початку 1980-х NASA відправило свій інфрачервоний астрономічний супутник (IRAS) на орбіту, де протягом 10 місяців він наносив на карту тепле світіння всього неба. Сталося також зображення пилу, нагрітого рентгенівськими променями, що дало астрономам перше справжнє уявлення про те, чого вони могли втрачати. Хоча багато з них, безсумнівно, були ознаками надмасивних чорних дір, інші були хмарами пилу, спричиненими іншими формами космічної активності, такими як інтенсивні періоди утворення зірок.

Тепер дослідники залучили інший супутник NASA до вирішення проблеми. Це рентгенівська обсерваторія під назвою Nuclear Spectroscopic Telescope Array, або NuSTAR, здатна виявляти рентгенівські промені настільки енергійні, що вони можуть просочуватися крізь навколишні хмари. Керуючись IRAS, дослідники сфокусували NuStar на списку цільових галактик у межах приблизно 50 мільйонів світлових років від Чумацького Шляху, сортуючи їх на основі спектрів випромінюваного світла.

«Мене дивує, наскільки IRAS і NuSTAR були корисними для цього проекту, особливо незважаючи на те, що IRAS працювала понад 40 років тому», — каже Пітер Бурман, астрофізик Каліфорнійського технологічного інституту, який керував дослідженням. «Я думаю, що це демонструє цінність архівів телескопів і переваги спільного використання кількох інструментів і довжин хвиль світла».

Виходячи виключно з їхнього аналізу, від чверті до майже половини чорних дір, що утворюються в серцях галактик, розташовані таким чином, що кільця матеріалу закривають значну частину світла їхнього виру. Знання пропорцій надмасивних чорних дір, які мають відповідну товщину матерії для живлення, робить суттєву різницю в моделях, які намагаються пояснити їхні надзвичайні темпи зростання.

«Якби у нас не було чорних дір, галактики були б набагато більшими», — каже співавтор дослідження Пошак Ганді, астрофізик з Саутгемптонського університету у Великобританії. «Отже, якби в нашій галактиці Чумацький Шлях не було надмасивної чорної діри, на небі могло б бути набагато більше зірок. Це лише один приклад того, як чорні діри можуть впливати на еволюцію галактики». Це дослідження було опубліковано в The Astrophysical Journal.