По оценкам специалистов, в нашей Галактике может находиться приблизительно сто семьдесят миллионов черных дыр звездной массы. Тем не менее, большая часть из них остается скрытой от пристального внимания современных приборов наблюдения. К данному заключению пришли ученые-астрономы, разработавшие подробную компьютерную симуляцию развития Млечного Пути на протяжении последних тринадцати миллиардов шестисот миллионов лет. Данное исследование позволяет не только определить число этих сокрытых объектов, но и спрогнозировать их расположение, массу и характеристики формирования, что позволит подтвердить или опровергнуть полученные результаты в ходе будущих наблюдений.

Черные дыры звездной массы возникают как результат завершения жизненного цикла массивных небесных тел. Когда ядерное горение прекращается, звезда становится неустойчивой и взрывается сверхновой. Если сохранившееся ядро достаточно тяжелое, оно сжимается в структуру, обладающую колоссальной гравитацией, не пропускающей даже световые лучи.

По этой причине выявление подобных объектов представляет собой серьезную задачу. В случае отсутствия активного поглощения вещества черной дырой и сопутствующего свечения в рентгеновском спектре или других диапазонах электромагнитного излучения, она становится практически невидимой. Это создает значительные трудности при определении их фактического количества в нашей Галактике.

Для преодоления этой сложности группа астрофизиков под руководством Тома Уэгга из Института Флэтайрон (США) воссоздала историю Млечного Пути, начиная с момента его возникновения. Исследователи воспроизвели этапы формирования звезд, их последующую эволюцию, взрывы сверхновых, образование черных дыр и дальнейшее развитие галактики, чтобы определить примерное количество подобных объектов на сегодняшний день.

Анализ данных свидетельствует о том, что за время существования Млечного Пути около 170 миллионов светил прошли полный цикл развития и трансформировались в чёрные дыры звёздной массы.

Хотя это число кажется весьма значительным, концентрация этих объектов довольно низка. В области вокруг нашего Солнца, находящейся на том же удалении от центра галактики, что и наша система, наблюдается лишь одна чёрная дыра в среднем каждые 6250 кубических парсеков. Этот объём эквивалентен пространству с длиной стороны приблизительно 18,4 парсека или около 60 световых лет.

Анализируя формирование черных дыр на протяжении всей истории нашей Галактики, можно заключить, что новые объекты такого рода появлялись приблизительно каждые восемь десятилетий. Тем не менее, этот процесс был далёк от равномерности. Наиболее интенсивный период «рождения» чёрных дыр пришёлся на начальные стадии развития галактики, когда звёздообразование происходило гораздо активнее, чем в настоящее время.

В связи с этим вероятность столкнуться с подобным небесным телом вблизи Солнечной системы крайне мала.

Заслуживает внимания и то, как распределены чёрные дыры внутри галактики. Ранее проводившиеся работы уже указывали на то, что после формирования многие из них мигрируют.

В результате неравномерного взрыва сверхновой светила, новорожденная черная дыра подвергается воздействию так называемого «первородного импульса» – мощной ударной волне, способной запустить её в продолжительное перемещение по галактике. В исключительно редких ситуациях этот толчок настолько велик, что объект покидает Млечный Путь, однако чаще всего чёрные дыры продолжают движение по новым траекториям внутри него.

Вследствие этого их расположение существенно отличается от расположения звёзд. Если средняя величина толщины диска из звезд в Млечном Пути составляет около 306 парсеков, то область концентрации черных дыр простирается примерно на 790 парсеков.

Результаты моделирования выявили интересную тенденцию: наименее массивные чёрные дыры обычно располагаются наиболее удалённо от плоскости галактики. Это объясняется тем, что они подвергаются самым мощным импульсам в момент своего появления.

По мнению ученых, это явление обусловлено характеристиками взрывов звезд. Когда при взрыве высвобождается значительный объем материала, реактивная сила возрастает, и новорожденная черная дыра получает более сильный импульс. Иные же, более крупные черные дыры возникают вследствие аккреции большего количества вещества обратно на объект, что существенно уменьшает воздействие этого фактора.

Авторы отмечаютЭто открывает возможности для будущих астрономических наблюдений, которые смогут использовать эти параметры не только для обнаружения ранее неизвестных черных дыр. Анализ их массы и скорости перемещения поможет глубже разобраться в природе взрывов сверхновых и выявить наиболее точные модели формирования черных дыр.

Соответствие результатов будущих наблюдений с предсказаниями новой теоретической конструкции станет значимым доказательством того, что компьютерное моделирование способно адекватно имитировать эволюцию нашей галактики. В этом случае невидимая структура из огромного числа черных дыр может служить своеобразной летописью, хранящей информацию о формировании и развитии Млечного Пути.