Используя Хаббл исследователи случайно обнаружили выброшенную черную дыру
Во всей Вселенной сверхмассивные черные дыры обычно находятся в центре массивных галактик, простирающихся на десятки световых лет. Однако с помощью «Хаббла» группа исследователей обнаружила сверхмассивную черную дыру, которая, похоже, была выброшена из своей галактики. Черная дыра, которая примерно в 20 миллионов раз массивнее нашего Солнца, движется невероятно быстро — настолько быстро, что может преодолеть расстояние между Землей и Луной всего за 14 минут.
Более того, когда черная дыра движется через пространство, она вгрызается в газ впереди себя. Когда черная дыра сжимает газ, начинается процесс звездообразования, и образуются новые горячие голубые звезды, оставляя за черной дырой звездный след длиной 200 000 световых лет. Звездный след очень яркий, так как в нем, вероятно, находится чрезвычайно большое количество молодых звезд, причем яркость следа почти в два раза меньше яркости галактики, в которой находится черная дыра. Ничего подобного ученые никогда не наблюдали, и наблюдения Хаббла помогают ученым понять характеристики черных дыр и то, как они влияют на окружающее их пространство.
По наблюдениям «Хаббла», след звезд выглядит как яркая, тонкая одиночная нить света, тянущаяся от галактики. Черная дыра движется сквозь пространство создавая чрезвычайно яркое пятно ионизированного кислорода; команда исследователей считает, что это яркое пятно газа образовано движением черной дыры, ударяющейся о газ, быстро сотрясая и нагревая его до экстремальных температур. Газовое пятно также может быть излучением, созданным аккреционным диском, окружающим черную дыру.
«Мы думаем, что видим след за черной дырой, где газ охлаждается и может образовывать звезды. Таким образом, мы наблюдаем звездообразование за черной дырой», — пояснил Питер ван Доккум из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут.
Газ перед ней получает ударную волну из-за сверхзвукового, очень высокоскоростного удара черной дыры, движущейся сквозь газ». Как именно это происходит, доподлинно неизвестно», — сказал ван Доккум.
Как уже упоминалось, это явление никогда ранее не наблюдалось учеными, ван Доккум и его коллеги случайно наткнулись на след из звезд во время поиска шаровых скоплений в карликовой галактике поблизости, когда они заметили след на одном из снимков Хаббла.
«Это чистая случайность, что мы наткнулись на него. Я просто сканировал изображение «Хаббла» и тут заметил небольшую полоску. Я сразу же подумал: «О, космический луч попал в детектор камеры и вызвал артефакт линейного изображения». Когда мы исключили космические лучи, мы поняли, что след все еще там. Это не было похоже ни на что, что мы видели раньше», — сказал ван Доккум.
Когда ван Доккум заметили след на снимках, он решили провести последующие спектроскопические наблюдения с помощью наземной обсерватории У. М. Кека на Гавайях. Благодаря этим новым наблюдениям команда определила, что след, скорее всего, является результатом выброса сверхмассивной черной дыры через внешнее газовое гало галактики-хозяина.
Однако как такой массивный и интенсивный объект, как сверхмассивная черная дыра, выбрасывается из галактики-хозяина?
Галактика-хозяин выброшенной черной дыры является результатом столкновения двух галактик примерно 50 миллионов лет назад. Учитывая, что в центре обеих галактик находились сверхмассивные черные дыры, эти две черные дыры начали вращаться вокруг друг друга, превратившись в бинарную систему черных дыр.
Затем третья галактика столкнулась с остатками первого столкновения, в результате чего в бинарной системе черных дыр появилась третья черная дыра. Как и в большинстве систем с тремя телами, появление третьей черной дыры вызвало огромный сдвиг в балансе системы, в результате чего она стала крайне неустойчивой и хаотичной. Затем одна из трех черных дыр получила огромный импульс от двух других черных дыр, что привело к выбросу этой черной дыры из галактики. Бинарная система черных дыр может сохраниться даже после выброса одной из черных дыр, при этом третья черная дыра может занять место одной из черных дыр в первоначальной бинарной системе.
Однако, когда одна из черных дыр была выброшена, две другие черные дыры были выброшены в противоположном направлении, что означает, что галактика-хозяин больше не может иметь сверхмассивную черную дыру (дыры) в своем центре. Наблюдения Хаббла подтверждают это предположение, поскольку в ядре галактики-хозяина не было замечено признаков активной черной дыры или бинарной системы черных дыр.
В настоящее время исследовательские группы планируют провести последующие наблюдения выброшенной черной дыры, ее звездного следа и галактики-хозяина с помощью совместного космического телескопа NASA/ESA/CSA James Webb и рентгеновской обсерватории НАСА Chandra. Команда надеется, что последующие наблюдения подтвердят их предположения и покажут больше характеристик звездного следа.
Кроме того, готовящийся к запуску космический телескоп НАСА имени Нэнси Грейс Роман, обладающий огромным и широким полем зрения для исследований глубокого неба с разрешением Хаббла, что позволит ученым найти больше таких звездных следов и возможных убегающих черных дыр. По словам ван Доккума, ученым, скорее всего, придется прибегнуть к помощи алгоритмов машинного обучения, специально разработанных для поиска странной формы следов, поскольку идентифицировать эти звездные следы среди огромного моря звезд и галактик будет крайне сложно для небольшой группы ученых.
Исследование ван Доккума и коллег было опубликовано 6 апреля в журнале The Astrophysical Journal Letters.