Ученые впервые смоделировали массивное шаровое скопление, рассчитывая каждую звезду. Оказалось, что в шаровых звездных скоплениях могут появляться очень массивные звезды, которые затем превращаются в черные дыры средней массы. Исследование опубликовано в журнале Science.
Черные дыры очень разнообразны по массе. Астрономам хорошо знакомы черные дыры звездной массы (от 10 до нескольких десятков масс Солнца) и сверхмассивные черные дыры (более 10 тысяч масс Солнца). Ученые примерно знают, как они формируются и существуют. Однако есть также черные дыры средней массы. Они тяжелее черных дыр звездной массы, но легче сверхмассивных черных дыр. Черные дыры средней массы — самые малоизученные и сложные для исследования.
«Предыдущие наблюдения показали, что некоторые массивные звездные скопления (шаровые скопления) содержат черную дыру средней массы. <...> До сих пор не было убедительных теоретических доказательств существования черной дыры с массой 1–10 тысяч солнечных», — рассказал Митико Фудзи из Токийского университета.
Шаровые звездные скопления содержат множество связанных гравитацией звезд, которые вращаются вокруг единого центра. Их характерная черта — сферическая форма. Шаровые скопления формируются «в суматохе». Звезды разной плотности сталкиваются и сливаются. Подобные события приводят к тому, что в центральной области скопления могут появляться звезды с массой более 1 тысячи солнечных. Впоследствии эти очень массивные звезды могли бы превращаться в черные дыры средней массы. Однако предыдущие исследования показывали, что эти «гиганты» уязвимы перед звездными ветрами, которые уносят большую часть их массы.
Команда ученых провела новое моделирование, воссоздав условия в еще только формирующемся шаровом скоплении. «Мы впервые успешно выполнили численное моделирование формирования шаровых скоплений, моделируя отдельные звезды. Рассчитав отдельные звезды с реалистичной массой для каждой, мы смогли реконструировать столкновения звезд в плотной среде. Для этих симуляций мы разработали новый код моделирования, в котором мы можем интегрировать миллионы звезд с высокой точностью», — рассказал Митико Фудзи.
В моделировании неконтролируемые столкновения действительно привели к образованию очень массивных звезд, которые превратились в черные дыры промежуточной массы. Исследователи также обнаружили, что соотношение масс скопления и черных дыр средней массы соответствует изначальным предположениям.
«Наша конечная цель — смоделировать целые галактики путем расчета отдельных звезд. По-прежнему сложно моделировать галактики размером с Млечный Путь путем расчета отдельных звезд с использованием доступных в настоящее время суперкомпьютеров. Однако можно было бы моделировать галактики меньшего размера, например карликовые галактики. Мы также хотим нацелиться на звездные скопления, образовавшиеся в ранней Вселенной. Они также являются местами, где могут рождаться черные дыры средней массы», — подытожил Митико Фудзи.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
