Почему обнаружить черные дыры среднего веса сложнее, чем другие типы?

Я думаю причин может быть много. Черные дыры звездного размера — обычное явление . Они, вероятно, являются конечными точками очень массивных звезд ($>25 M_{\odot}$) и, кажется, сгруппированы в массы$5-15M_{\odot}$. Некоторые более крупные примеры могут быть образованы слияниями. Их часто легко обнаружить, потому что они существуют в бинарных системах; они накапливают массу и испускают рентгеновские лучи, и можно наблюдать их влияние на двойного компаньона и делать выводы о массе черной дыры. Интересно отметить, что мы ничего не знали о возможности$30-60M_{\odot}$черных дыр, пока они не были обнаружены с помощью гравитационных волн, иначе они остались бы незамеченными. Слияния черных дыр при этих массах попадают как раз в "золотую середину" чувствительности современных детекторов ГВ - т.е. пиковая амплитуда ГВ приходится на частоты 30-300 Гц непосредственно перед слиянием.

Сверхмассивные черные дыры$(>10^6M_{\odot})$находятся в центрах галактик. Они обнаруживаются посредством аккреции газа, которая вызывает явления «активного галактического ядра» / квазара, и динамику газа можно использовать для оценки массы черной дыры. Более массивные черные дыры приводят к более экстремальным объектам с более высокими люминозитами АЯГ/квазаров и более быстрыми движениями газа, которые легче обнаружить. Обнаружение этих объектов с помощью гравитационных волн пока невозможно, потому что частота волн при слиянии очень низкая, что невозможно исследовать с помощью наземных детекторов.

Таким образом, существует два очевидных искажения отбора: соседние черные дыры звездного размера легко обнаруживаются, потому что они распространены, и их присутствие можно определить, когда они находятся в двойных системах (что также распространено). Далекие черные дыры в центрах галактик легче обнаружить, если они массивны.

В щель падают черные дыры промежуточной массы. Возможно, они образовались в начале Вселенной (механизмы до сих пор не ясны) и, вероятно, существуют в центрах относительно небольших, малозаметных галактик. Большинство из них могли вырасти или слиться с более массивными черными дырами, поэтому в нынешнюю эпоху Вселенной они могут не встречаться в соседних галактиках. Во-вторых, поскольку они не очень массивны, их присутствие обычно не приводит к высокоэнергетическому явлению. Светимость любой активности типа AGN может быть очень маленькой (как в нашей собственной галактике, даже несмотря на то, что в ней находится черная дыра массой 4 миллиона солнечных), поэтому их может быть нелегко идентифицировать. Даже если кандидаты будут идентифицированы, трудно сделать вывод о массах, потому что любое излучение, вызванное движением газа, будет соответственно слабее. Окончательно,$\ll 1$Гц, и в настоящее время они не обнаруживаются как источники гравитационных волн.

Короче говоря, черные дыры промежуточной массы (сокращенно ЧДЧД) не могут образоваться в результате коллапса звезды, как образуются черные дыры звездной массы, и не могут образоваться в экстремальных условиях, которые формируют сверхмассивные черные дыры. Три предлагаемых метода формирования IMBH:

• Слияние двух или более черных дыр звездной массы.
• Столкновение убегающих звезд, которые затем разрушаются.
• Первичные черные дыры Большого взрыва.

Последний вариант формирования представляет собой особенно интересную возможность и является открытой областью исследований (я думаю, что группа Алана Гута проводит много исследований в этой области и в том, как она связана с инфляцией). Все это довольно редко происходящие события, поэтому прогнозируется, что IMBH не будут существовать в таком большом количестве, как другие виды.

Я не эксперт в этой области, поэтому исправления/комментарии приветствуются.

Надеюсь, это поможет!

Простой ответ, как вы предлагаете в своем комментарии, заключается в том, что черные дыры с малой массой, вероятно, гораздо, гораздо более распространены, что само по себе значительно облегчает поиск аккрецирующих (и, следовательно, видимых для нас) черных дыр. . По очень грубой оценке, в нашей галактике существует по крайней мере десять миллионов (возможно, даже миллиард) маломассивных черных дыр.[*]

Дополнительным фактором может быть то, что некоторые из маломассивных черных дыр будут формироваться как часть двойных звездных систем, а в некоторых случаях вторичная звезда окажется достаточно близко, чтобы часть ее вещества аккрецировала на черную дыру, когда она (вторичная звезда) эволюционирует и расширяется в радиусе, тем самым создавая условия для того, чтобы мы могли обнаружить черную дыру.

[*] В нашей галактике несколько сотен миллиардов звезд. Если только одна из тысячи звезд сформируется с достаточной массой, чтобы в конце своей жизни образовалась черная дыра, тогда будет несколько сотен миллионов черных дыр. Используя более сложный анализ, эта статья предсказывает несколько десятков миллионов черных дыр с массами$> 10$солнечных масс в галактике размером с Млечный Путь.