Астрономы сфотографировали след дрейфующей сверхмассивной черной дыры
Основываясь на анализе движения света к нам за более чем 7,5 миллиардов лет, группа астрономов представила доказательства существования колоссального объекта, выброшенного из своей родительской галактики 39 миллионов лет назад, который в настоящее время находится в межгалактическом пространстве со скоростью 1600 километров в секунду.
Хотя сама черная дыра невидима, ее следы можно проследить: толчки, оставленные в разреженной межгалактической среде, оставляют в сжатом газе след звездообразования. Работа команды показывает способ, с помощью которого мы можем идентифицировать спящие сверхмассивные черные дыры, выброшенные из своих галактик и способные незаметно и беспрепятственно перемещаться в межгалактическом пространстве.
Исследование, проведенное под руководством астрофизика Питера ван Доккума 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 собственной галактики, 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 отважилась выйти в межгалактическое пространство), а также галактикой, которая, по-видимому, не является сверхмассивной черной дырой. совсем.
Но у всех этих сверхмассивных черных дыр есть одна общая черта: они активны, а это значит, что они окружены облаком материала, которое всасывается в их зияющие пасти. Этот процесс генерирует безумное количество тепла и света, что делает его намного легче увидеть.
Но не все черные дыры активны. Те, кто спокойно занимается своими делами между перекусами, не излучают свет, который мы можем обнаружить, и поэтому практически невидимы для современных технологий.
Диаграмма (слева), показывающая сценарий из шести стадий, в котором три черные дыры (красные) могут взаимодействовать, создавая наблюдаемый след из звезд.
ван Доккум и др., arXiv, 2023 г.
Однако что-то столь же тяжелое, как сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, все же может оставить следы, которые мы можем обнаружить. Ван Доккум и его коллеги предположили, что след сверхмассивной черной дыры-изгоя можно увидеть в газе, окружающем галактику, известном как окологалактическая среда.
призрак черного быка
Это открытие было сделано в ходе других исследований. Ученые использовали Хаббл для изучения гораздо более близкой карликовой галактики под названием RCP 28. Именно на этой фотографии они обнаружили что-то, что может быть следом убегающей сверхмассивной черной дыры.
На изображении видна яркая полоса, направленная прямо к центру неправильной галактики. Первоначально исследователи думали, что это космические лучи, но полоса появилась в двух фильтрах, используемых для обработки изображений. В октябре 2022 года они сделали дополнительные снимки с помощью обсерватории Кека, чтобы рассчитать красное смещение и полосу галактики. Это определило ее размер: полоса простирается более чем на 200 000 световых лет.
Анализ показал, что галактика и полоса имеют одинаковое красное смещение, а значит, они, вероятно, связаны друг с другом, а полоса и галактика имеют одинаковый цвет. Команда никогда не видела ничего подобного.
Вы, наверное, задаетесь вопросом, что могло выбросить сверхмассивную черную дыру из своей галактики, и ответ таков: еще одна сверхмассивная черная дыра. Или два. По сценарию исследователей, две галактики давно слились; сверхмассивные черные дыры в ядрах этих галактик сливаются в двойную сверхмассивную черную дыру и остаются такими уже некоторое время.
Затем появилась третья галактика, и сверхмассивная черная дыра в ней упала к центру только что слившегося трио, что привело к взаимодействию трех тел, известному как «механизм Хиллса», выбросившему одну из черных дыр с чудовищной скоростью.
Присмотревшись, ученые обнаружили, что полоса не была однородной по цвету или яркости. Он также показывает признаки сильной ионизации и ударных областей. Некоторую ионизацию можно объяснить присутствием очень молодых, горячих и массивных звезд; это согласуется с астрофизическими воздействиями, 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 никаких признаков астрофизической струи.
Команда предположила, что прохождение джета могло оставить за собой след звездообразования; но полоса на изображении не соответствует какому-либо звездообразованию, вызванному струей, наблюдаемому или смоделированному в истории наблюдений. Фактически наблюдаемая полоса оказывается полной противоположностью того, что астрономы ожидали от газовой струи; она сильнее в самой дальней точке галактики, где меньше материала, и сжимается на большем расстоянии, а не растекается, как струя.
Команда считает, что лучшим объяснением является дрейфующая сверхмассивная черная дыра, которая разрушает и сжимает окологалактическую среду, оставляя за собой звездообразование.
