Недавнее исследование с использованием данных рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" показало, что большинство небольших галактик, вероятно, не имеют сверхмассивных черных дыр в центрах. Это опровергает распространенное представление о том, что такие дыры присутствуют почти в каждой галактике. "Чандра" лидирует в изучении космоса благодаря своим возможностям.

Команда астрономов проанализировала данные более чем 1600 галактик, собранные за два десятилетия. Обзор включал галактики от гигантов (масса в 10 раз больше Млечного Пути) до карликовых (меньше нескольких процентов массы нашей галактики). Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Выводы: только около 30% карликовых галактик содержат сверхмассивные черные дыры, в то время как более 90% крупных галактик (включая похожие на Млечный Путь) — да. Ключевой исследователь Фань Цзоу из Мичиганского университета отметил: "Это важно не только для подсчета, но и для понимания образования черных дыр и будущих обнаружений с помощью новых телескопов".

Вещество, падающее на черные дыры, излучает рентгеновские лучи. Крупные галактики часто показывают яркие источники, указывающие на присутствие дыр. Малые галактики (масса менее 3 млрд солнечных масс, как Большое Магелланово Облако) обычно таких сигналов не дают.

Ученые рассмотрели две причины отсутствия сигналов: меньшую долю дыр в малых галактиках или слабость излучения от них. Соавтор Елена Галло (тоже из Мичигана) уточнила: "В малых галактиках черных дыр меньше, чем в крупных".

Анализ выборки подтвердил, что дефицит превышает ожидания от слабости сигналов — он указывает на реальное отсутствие дыр. Дыры меньшего размера поглощают меньше газа, поэтому слабее в рентгене, но разница слишком велика.

Это влияет на теорию образования супермассивных дыр. Одна теория — прямой коллапс гигантского газового облака в дыру тысячкратной солнечной массы. Другая — рост из меньших дыр от звездных коллапсов. Соавтор Анил Сет (Университет Юты): "Большие дыры редки и возникают в самых массивных галактиках, объясняя отсутствие в малых".

Исследование подтверждает первую теорию: вторая предсказывала бы схожую долю дыр в галактиках любого размера.

Последствия: меньше слияний черных дыр от столкновений карликовых галактик, что снизит обнаружение гравитационных волн (например, с помощью LISA в будущем).

Согласно новому исследованию, опубликованному в Physical Review Letters, тени сверхмассивных черных дыр, запечатленные телескопом Event Horizon Telescope (EHT), могут служить сверхчувствительными инструментами для поиска темной материи. Темная материя составляет около 85% вещества Вселенной, но ее природа остается загадкой. Изображения черных дыр предлагают новый метод обнаружения, превосходящий традиционные подходы благодаря экстремальным условиям гравитации.

EHT — глобальная сеть радиообсерваторий, работающая на частоте 230 ГГц, — захватывает синхротронное излучение от электронов в аккреционных дисках вокруг черных дыр, таких как M87* и Стрелец A*. Модель диска с магнитной задержкой (MAD) лучше всего объясняет наблюдения: сильные магнитные поля регулируют поток вещества и энергетические струи, создавая темные тени из-за разреженных частиц в областях струй.

Исследователи (включая Шу и Чена) моделировали аннигиляцию темной материи с использованием общего релятивистского магнитогидродинамического моделирования (GRMHD). Гравитация черных дыр концентрирует темную материю в "всплесках", где аннигиляция может генерировать электроны и позитроны. Эти частицы излучают синхротронный свет, отличающийся от астрофизического фона: он равномерно распределяется даже в тенях, в отличие от концентрации в дисках.

Команда рассмотрела сценарии аннигиляции (кварк-антикварк и электрон-позитронные пары) для масс темной материи от гигаэлектронвольт до 10 тераэлектронвольт. Синтетические изображения показали, что сигналы темной материи должны оставаться ниже фона, особенно в тенях. Это установило ограничения на сечения аннигиляции до 10^{-27} см³/с, исключая области параметров и превосходя предыдущие поиски.

Подход устойчив к астрофизическим неопределенностям, таким как вращение черных дыр. Будущие улучшения EHT — увеличение динамического диапазона в 100 раз и разрешение до одного гравитационного радиуса — позволят обнаруживать сигналы, близкие к тепловой реликтовой энергии. Поляризационные и многочастотные наблюдения добавят точности, различая источники излучения.

"Тень черной дыры — динамичная лаборатория, — отметил Шу. — Она объединяет физику частиц, гравитацию и астрофизику". Это исследование открывает путь к разгадке тайны темной материи через экстремальные объекты Вселенной.

Астрономы с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» подтвердили существование самой древней на сегодняшний день активной сверхмассивной черной дыры. Объект, обнаруженный в сердце далекой галактики, существовал уже через 500 миллионов лет после Большого взрыва и проливает свет на природу загадочных «маленьких красных точек», наблюдаемых в ранней Вселенной.

Обнаруженный объект, получивший название CAPERS-LRD-z9, является самым ранним из спектроскопически подтвержденных активных ядер галактик. Это означает, что ученые получили прямое доказательство наличия черной дыры, активно поглощающей материю. Масса этого космического монстра оценивается до 316 миллионов масс Солнца. Находка особенно примечательна тем, что черная дыра аномально велика для своей крошечной родительской галактики.

Это открытие стало ключом к разгадке природы «маленьких красных точек» — компактных и удивительно ярких объектов, которые телескоп «Уэбб» ранее находил "на заре времен". Долгое время велись споры о том, что это: молодые галактики в стадии бурного звездообразования или центры с растущими черными дырами. Наблюдения за CAPERS-LRD-z9 предоставили убедительные доказательства в пользу второй гипотезы, предполагая, что значительная часть этих объектов — это активные черные дыры, скрытые за плотной завесой из газа и пыли.

Появление такой массивной черной дыры на столь раннем этапе космической истории бросает вызов существующим моделям роста. Это заставляет ученых пересматривать теории о том, как эти объекты могли так быстро набрать массу. Основные гипотезы предполагают либо формирование из изначальных «тяжелых семян» массой в тысячи Солнц, либо последующий стремительный рост с поглощением материи со сверхкритической скоростью. Новое открытие предоставляет бесценные данные для проверки этих теорий и углубляет наше понимание процессов, происходивших на заре Вселенной.