Миграция звездных скоплений порождает черные дыры промежуточной массы
Черные дыры промежуточной массы (IMBH) остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной, заполняя разрыв между звездными и сверхмассивными черными дырами. Новое исследование, опубликованное на arXiv, предлагает механизм их формирования в ядрах галактик благодаря миграции звездных скоплений.
Международная группа ученых разработала полуаналитическую модель inSpyral, которая объединяет эволюцию звездных скоплений из модели формирования галактик L-Galaxies 2020 и учитывает процессы от динамики в ядре скопления до орбитального движения в галактике. Модель отслеживает миграцию скоплений под действием динамического трения.
Результаты показывают, что в галактиках со звездной массой менее 5?1010 солнечных масс динамическое трение заставляет наиболее массивные скопления быстро погружаться в центр, засеивая ядро черными дырами промежуточной массы уже при красном смещении z ? 6, то есть через миллиард лет после Большого взрыва.
Распределение масс черных дыр от слияний в мигрирующих скоплениях достигает ?300 солнечных масс — в пять раз больше верхнего предела для черных дыр, сформировавшихся на месте. Если скопления изначально имеют радиус менее 0,5 парсека, иерархические слияния значительно усиливают рост массы, создавая IMBH свыше 104 солнечных масс.
Полученные результаты хорошо согласуются с данными гравитационно-волновых обсерваторий. Наиболее массивные и быстро вращающиеся события слияний, такие как GW231123, объясняются взаимодействием черных дыр второго поколения с небольшими релятивистскими толчками (менее 100 км/с). Событие GW231123, по данным модели, соответствует слиянию черной дыры третьего поколения с черной дырой второго поколения в скоплении массой более 2?106 солнечных масс.
Исследование дает убедительное объяснение тому, как в ядрах галактик формируются черные дыры промежуточной массы, и связывает их происхождение с ранней эволюцией звездных скоплений и гравитационно-волновыми сигналами.
