Астрономы сфотографировали след дрейфующей сверхмассивной черной дыры
Основываясь на анализе света, который путешествовал к нам более 7,5 миллиардов лет, группа астрономов представила доказательства существования колоссального объекта, выброшенного из галактики-хозяина 39 миллионов лет назад, который в настоящее время мчится через межгалактическое пространство со скоростью 1600 километров в секунду.
Хотя сама черная дыра невидима, ее следы можно отследить: толчки, оставленные в разреженной межгалактической среде, оставляют за собой след звездообразования в сжатом газе. Работа команды показывает один из способов, с помощью которого мы могли бы идентифицировать бездействующие сверхмассивные черные дыры, выброшенные из своих галактик и способные незаметно и беспрепятственно перемещаться по межгалактическому пространству.
Исследование, проведенное астрофизиком Питером ван Доккумом из Йельского университета, было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters и доступно на сервере препринтов arXiv.
Дрейфующие черные дыры
Идея о том, что сверхмассивная черная дыра может быть выброшена из своей галактики, на самом деле не так уж и странна. На самом деле, астрономы уже идентифицировали то, что, по их мнению, может быть несколькими сверхмассивными черными дырами, выброшенными из центров их галактик (хотя ни одна из них еще не вышла в межгалактическое пространство), и даже одной галактикой, в которой, похоже, вообще отсутствует сверхмассивная черная дыра.
Но у всех этих сверхмассивных черных дыр была одна общая черта: они активны, а это значит, что они окружены облаком материала, который засасывается в их зияющие пасти. Этот процесс генерирует безумное количество тепла и света, что значительно облегчает их обнаружение.
Но не все черные дыры активны. Те, которые спокойно занимаются своими делами в перерывах между перекусами, не излучают света, который мы можем обнаружить, и поэтому практически невидимы для современной техники.
Однако что-то столь же тяжелое, как сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, все еще может оставлять следы, которые мы можем обнаружить. Ван Доккум и его коллеги предположили, что след блуждающей сверхмассивной черной дыры можно увидеть в газе, окружающем галактику, известном как окологалактическая среда.
Призрак черной дыры
Данное открытие было сделано в ходе других исследований. Ученые использовали «Хаббл» для изучения гораздо более близкой карликовой галактики под названием RCP 28. Именно на ее фотографии они обнаружили что-то, что могло быть следом убегающей сверхмассивной черной дыры.
На изображении видна яркая полоса, указывающая прямо на центр неправильной галактики. Первоначально исследователи думали, что это космические лучи, но полоса проявилась в обоих фильтрах, используемых для обработки изображений. В октябре 2022 года они сделали дополнительные снимки с помощью обсерватории Кека, чтобы рассчитать красное смещение галактики и полосу. Это дало им размер: длина полосы составляет более 200 000 световых лет.
Анализ показал, что галактика и полоса имеют одинаковое красное смещение, а это означает, что они, вероятно, связаны друг с другом, а полоса и галактика имеют одинаковый цвет. Команда никогда не видела ничего подобного.
Вам, наверное, интересно, что может выбросить сверхмассивную черную дыру из своей галактики, и ответ таков: еще одна сверхмассивная черная дыра. Или две. По сценарию исследователей, когда-то давно слились две галактики; сверхмассивные черные дыры в ядрах этих галактик объединились в двойную сверхмассивную черную дыру и некоторое время оставались такими.
Затем появилась третья галактика, и сверхмассивная черная дыра в ней опустилась к центру недавно слившегося трио, что привело к взаимодействию трех тел, известному как «механизм Хиллса», который отбросил одну из черных дыр прочь на чудовищной скорости.
Присмотревшись повнимательнее, ученые обнаружили, что полоса не была однородной по цвету или яркости. На ней также видны признаки сильной ионизации и ударные области. Некоторую часть ионизации можно было бы объяснить присутствием очень молодых, горячих и массивных звезд; это согласуется с астрофизическими ударами, которые имеют тенденцию сжимать газ и заставлять его сгустки коллапсировать под действием гравитации, образуя молодые звезды.
Полосы света, исходящие из центров галактик, не редкость; обычно это астрофизические джеты, мощные узкие потоки плазмы, движущиеся с околосветовыми скоростями, запускаемые из полярных областей активных сверхмассивных черных дыр. Однако полоса, которую обнаружила команда, не показывает ни одного из признаков астрофизического джета.
Команда предположила, что прохождение джета могло оставить за собой след звездообразования; но полоса на изображениях не соответствует ни одному наблюдаемому или смоделированному случаю звездообразования, вызванного струей, в истории наблюдений. На самом деле наблюдаемая полоса оказывается полной противоположностью тому, что астрономы ожидают от струи газа; сильнее всего в самой дальней точке галактики, где меньше материала, и сужается на большем расстоянии, а не распространяется подобно струе.
Команда считает, что лучшим объяснением является дрейфующая сверхмассивная черная дыра, возмущающая и сжимающая окологалактическую среду по мере своего прохождения, оставляя после себя звездообразование.