Причины формирования чёрной дыры

Уже достаточно долгое время астрономы задаются вопросом: «При каких условиях звёзды создают наибольшее количество черных дыр». В поисках ответа на этот вопрос учёные изучают чёрные дыры галактик разного состава.

Кольцевая галактика NGC 922 – продукт столкновения двух галактик, запустившего процесс образования новых звёзд. Некоторые из звёзд, наиболее массивные, эволюционировали, а затем испытали коллапс и превратились в чёрные дыры. На изображении NGC 922 в рентгеновском диапазоне, полученном в рентгеновской орбитальной обсерватории Чандра, НАСА, чёрные дыры, интенсивно поглощающие вещество соседних звёзд, имеют вид очень ярких красных точек. Семь из них астрономы классифицируют как «сверх светящиеся источники рентгеновских лучей», порождённые чёрными дырами звёздных масс. Масса такой чёрной дыры больше массы Солнца не менее чем в 10 раз. Эти объекты составляют отдельный класс и отличаются от сверхмассивных чёрных дыр, массы которых в миллионы, а подчас и в миллиарды раз больше массы Солнца.

Теория предполагает, что наиболее массивные чёрные дыры звёздных масс могли бы формироваться в среде, содержащей относительно небольшую долю элементов тяжелее водорода и гелия, условно именуемых астрономами «металлами». В массивных звёздах процессы, уносящие материю от звезды в звёздном ветре, менее эффективны в том случае, когда доля «металлов» меньше. Поэтому звезды, содержащее меньшее количество «металлов» в своём составе, должны были бы в процессе эволюции терять меньше уносимой ветром массы. Казалось бы, вследствие такой меньшей потери массы, большая доля массивных звёзд будет коллапсировать в чёрные дыры по мере истощения запаса звёздного ядерного топлива. На первый взгляд эта теория подтверждается обнаружением 12 «сверх светящихся» источников в галактике «Колесо телеги», где звезды содержат лишь 30% «металлов», найденных на Солнце.
С целью дополнительной проверки теории учёные исследовали NGC 922, которая содержит приблизительно ту же долю «металлов», что и Солнце. То есть эта галактика примерно в три раза богаче «металлами», нежели галактика «Колесо телеги». Тем не менее, оказалось, что количество «сверх светящихся» источников в NGC 922 сравнимо с их количеством в галактике «Колесо телеги». Поэтому количество «сверх светящихся» источников – чёрных дыр скорее зависит от скорости формирования звёзд в галактиках, нежели от доли «металлов» в каждой из них.

Одним из объяснений полученного результата могло бы быть признание того, что теория, предсказывающая преимущественное формирование массивных чёрных дыр в обеднённой «металлами» среде, неверна. С другой стороны, вероятно, что доля «металлов» в галактике «Колесо телеги» не настолько мала, чтобы явственно проявиться в формировании черных дыр звёздных масс. Новые модели звёздной эволюции показывают, что заметное увеличение числа «сверх светящихся» источников возможно лишь при количестве «металла» менее 15%. Сейчас астрономы изучают эту гипотезу в рентгеновской обсерватории Чандра, наблюдая за галактиками с чрезвычайно низким содержанием «металлической» фракции.