Обнаружена сверхмассивная убегающая черная дыра, считают исследователи

Астрономы обнаружили кандидата на сверхмассивную черную дыру, убегающую от своей родной галактики и мчащуюся сквозь пространство со скоростью более 6 миллионов километров в час в течение последних 39 миллионов лет.

Группа специалистов под руководством Йельского университета с помощью космического телескопа "Хаббл" и Обсерватории Кека обнаружила необычную, очень тонкую, почти прямую полосу молодых звезд и ударного газа — возможно, след, который оставила черная дыра во время своего бегства.

Результаты исследования изложены в работе, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.

«Ничего подобного не наблюдалось нигде во Вселенной», - отмечает Питер ван Доккум, профессор астрономии и физики Йельского университета и ведущий автор исследования в пресс-релизе Обсерватории Кека.

«Мы давно знаем, что сверхмассивные черные дыры существуют, и около 50 лет предсказывали, что они могут иногда выбрасываться из галактик. Если это подтвердится, то это будет первое свидетельство существования убегающей сверхмассивной черной дыры, которое подтверждает это предсказание».

Команда Ван Доккума впервые обнаружила продолговатое образование с помощью космического телескопа "Хаббл". Чтобы рассмотреть его ближе, они провели дальнейшие наблюдения с помощью Спектрометра визуализации с низким разрешением (LRIS) и Эшелле-спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRES) Обсерватории Кека.

На этой архивной фотографии космического телескопа "Хаббл" изображена интересная линейная особенность, которая настолько необычна, что сначала ее признали артефактом камеры "Хаббла". Credit: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

Данные Обсерватории Кека показали, что полоса звезд длиной 200 000 световых лет тянется от компактной, активной звездообразующей галактики, свету которой понадобилось около 7,6 миллиарда лет, чтобы достичь Земли. Полоса почти вдвое ярче, чем галактика, с которой она связана, что указывает на большое количество новых звезд.

«Мы считаем, что видим след за черной дырой, где газ охлаждается и способен образовывать звезды. Таким образом, мы наблюдаем звездообразование за черной дырой», - говорит ван Доккум. «То, что мы видим, - это следствие. Как след от корабля, мы видим след от черной дыры».

Обсерватория Кека также показала яркий узел ионизированного газа в верхней части следа — вероятно, местоположение самой черной дыры. Кроме того, похоже, что в родной галактике линейного образования нет черной дыры в центре, или, по крайней мере, нет такой, которая активно питается веществом и при этом генерирует мощные струи энергии, которые могут обнаружить телескопы.

Слева вверху: изображение линейного объекта и его окружения F606W + F814W, полученное с помощью HST/ACS. Справа вверху: увеличенное изображение F606W. Особенность показывает компактное яркое пятно на узком кончике и, кажется, расширяется по направлению к галактике. Внизу слева: цветное изображение, созданное на основе изображений F606W и F814W. Правая нижняя панель: участки спектров LRIS вблизи ярких эмиссионных линий. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acba86

Если узкий след из звезд и газа действительно был создан черной дырой, выбитой из родной галактики, у астрономов есть вероятное объяснение его происхождения. Сначала происходит слияние двух галактик, в ядрах которых находятся сверхмассивные черные дыры. Затем, когда черные дыры кружатся друг вокруг друга в бинарном танце в центре недавно слитой галактики, третья сверхмассивная черная дыра внутри другой галактики врывается в их пару. Взаимодействие этой троицы друг с другом создает нестабильную ситуацию, которая генерирует достаточную скорость, чтобы торпедировать одну из трех черных дыр.

Схематическая иллюстрация сценария с убегающей SMBH в качестве объяснения ключевых наблюдаемых особенностей. На панелях 1-5 показан "классический" сценарий рогатки. Сначала слияние приводит к образованию долгоживущей бинарной SMBH (1,2). Затем появляется третья галактика (3), ее SMBH опускается в центр нового остатка слияния, что приводит к взаимодействию трех тел (4). Одна черная дыра (обычно самая легкая) становится несвязанной с двумя другими и получает большой толчок скорости. Сохранение линейного импульса предполагает, что оставшаяся бинарная дыра получает меньший толчок скорости в противоположном направлении. Если толчки достаточно велики, все SMBH могут покинуть галактику (5). Фон (6) — это кадр из симуляции Illustris TNG, где более светлые области имеют более высокую плотность газа. Credit for the image in the top left panel: NAOJ. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acba86

В качестве следующего шага, ван Доккум и его команда теперь пытаются подтвердить, действительно ли их открытие является убегающей черной дырой; они подали заявку на предоставление времени на космическом телескопе "Джеймс Уэбб" и рентгеновской обсерватории "Чандра" для проведения дальнейших наблюдений.

Поскольку линейная полоса новорожденных звезд и ударного газа настолько удивительна, ван Доккум говорит, что найти другие подобные объекты в текущих и будущих данных, например, с помощью космического телескопа "Нэнси Грейс Роман", будет несложно.

«Большая часть нашей работы — это проверка гипотез или уточнение результатов предыдущих измерений, но иногда происходит неожиданное открытие. Это редкость, но это самое лучшее!» - сказал ван Доккум.

«От момента, когда мы заметили полосу и подумали "это странно" до написания статьи было невероятно весело и приятно, ведь мы учились на каждом шагу», - сказал соавтор Имад Паша, аспирант Йельского университета в исследовательской группе ван Доккума.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.