Виявлено надмасивну чорну діру, що тікає, вважають дослідники

Астрономи виявили кандидата на надмасивну чорну діру, що тікає від своєї рідної галактики та мчить крізь простір зі швидкістю понад 6 мільйонів кілометрів на годину протягом останніх 39 мільйонів років.

Група фахівців під керівництвом Єльського університету за допомогою космічного телескопа "Габбл" та Обсерваторії Кека виявила незвичну, дуже тонку, майже пряму смугу молодих зірок та ударного газу — можливо, слід, який залишила чорна діра під час своєї втечі.

Результати дослідження викладено в роботі, опублікованій у журналі The Astrophysical Journal Letters.

“Нічого подібного не спостерігалося ніде у Всесвіті”, - зазначає Пітер ван Доккум, професор астрономії та фізики Єльського університету й провідний автор дослідження у пресрелізі Обсерваторії Кека.

“Ми давно знаємо, що надмасивні чорні діри існують, і близько 50 років передбачали, що вони можуть іноді викидатися з галактик. Якщо це підтвердиться, то це буде перше свідчення існування надмасивної чорної діри, що тікає, яке підтверджує це передбачення”.

Команда Ван Доккума вперше виявила довгувате утворення за допомогою космічного телескопа "Габбл". Щоб розглянути його ближче, вони провели подальші спостереження за допомогою Спектрометра візуалізації з низькою роздільною здатністю (LRIS) та Ешелле-спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRES) Обсерваторії Кека.

На цій архівній фотографії космічного телескопа "Габбл" зображена цікава лінійна особливість, яка настільки незвичайна, що спочатку її визнали артефактом камери "Габбла". Credit: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

Дані Обсерваторії Кека показали, що смуга зірок завдовжки 200 000 світлових років тягнеться від компактної, активної зореутворювальної галактики, світлу якої знадобилося близько 7,6 мільярда років, щоб досягти Землі. Смуга майже вдвічі яскравіша, ніж галактика, з якою вона пов'язана, що вказує на велику кількість нових зірок.

“Ми вважаємо, що бачимо слід за чорною дірою, де газ охолоджується та здатний утворювати зорі. Таким чином, ми спостерігаємо зореутворення за чорною дірою”, - каже ван Доккум. “Те, що ми бачимо, - це наслідок. Як слід від корабля, ми бачимо слід від чорної діри”.

Обсерваторія Кека також показала яскравий вузол іонізованого газу у верхній частині сліду — ймовірно, місце розташування самої чорної діри. Крім того, схоже, що в рідній галактиці лінійного утворення немає чорної діри в центрі, або, принаймні, немає такої, що активно живиться речовиною й при цьому генерує потужні струмені енергії, які можуть виявити телескопи.

Зліва вгорі: Зображення лінійного об'єкта та його оточення F606W + F814W, отримане за допомогою HST/ACS. Праворуч угорі: збільшене зображення F606W. Особливість показує компактну яскраву пляму на вузькому кінчику і, здається, розширюється в напрямку до галактики. Внизу ліворуч: кольорове зображення, створене на основі зображень F606W і F814W. Права нижня панель: ділянки спектрів LRIS поблизу яскравих емісійних ліній. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acba86

Якщо вузький слід із зірок і газу справді був створений чорною дірою, вибитою з рідної галактики, в астрономів є ймовірне пояснення його походження. Спочатку відбувається злиття двох галактик, у ядрах яких знаходяться надмасивні чорні діри. Потім, коли чорні діри кружляють одна навколо одної в бінарному танці в центрі недавно злитої галактики, третя надмасивна чорна діра всередині іншої галактики вдирається в їхню пару. Взаємодія цієї трійці одна з одною створює нестабільну ситуацію, яка генерує достатню швидкість, щоб торпедувати одну з трьох чорних дір.

Схематична ілюстрація сценарію з SMBH, що тікає, як пояснення ключових спостережуваних особливостей. На панелях 1-5 показано "класичний" сценарій рогатки. Спочатку злиття призводить до утворення довгоживучої бінарної SMBH (1,2). Потім з'являється третя галактика (3), її SMBH опускається в центр нового залишку злиття, що призводить до взаємодії трьох тіл (4). Одна чорна діра (зазвичай найлегша) стає незв'язаною з двома іншими та отримує великий поштовх швидкості. Збереження лінійного імпульсу передбачає, що бінарна діра, яка залишилася, отримує менший поштовх швидкості в протилежному напрямку. Якщо поштовхи досить великі, всі SMBH можуть покинути галактику (5). Фон (6) — це кадр із симуляції Illustris TNG, де світліші області мають вищу щільність газу. Credit for the image in the top left panel: NAOJ. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acba86

Як наступний крок, ван Доккум та його команда тепер намагаються підтвердити, чи справді їхнє відкриття є чорною дірою, що тікає; вони подали заявку на надання часу на космічному телескопі "Джеймс Вебб" і рентгенівській обсерваторії "Чандра" для проведення подальших спостережень.

Оскільки лінійна смуга новонароджених зірок та ударного газу настільки дивовижна, ван Доккум каже, що знайти інші подібні об'єкти в поточних і майбутніх даних, наприклад, за допомогою космічного телескопа "Ненсі Грейс Роман", буде нескладно.

“Велика частина нашої роботи — це перевірка гіпотез або уточнення результатів попередніх вимірювань, але іноді відбувається несподіване відкриття. Це рідкість, але це найкраще!” - сказав ван Доккум.

“Від моменту, коли ми помітили смугу та подумали "це дивно" до написання статті було неймовірно весело й приємно, адже ми вчилися на кожному кроці”, - сказав співавтор Імад Паша, аспірант Єльського університету в дослідницькій групі ван Доккума.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри
• Зореутворення в галактиках
• космічний телескоп Хаббла