Бегущая черная дыра: открытие, которое потрясло астрономов

Астрономы сделали потрясающее открытие с помощью телескопа Джеймса Уэбба: бегущая черная дыра размером в 10 миллионов раз больше Солнца, движущаяся со скоростью 2,2 миллиона миль в час (1000 километров в секунду). Это не только первая подтвержденная бегущая сверхмассивная черная дыра, но и одно из самых быстродвижущихся тел, когда-либо обнаруженных, движущееся через пространство со скоростью, в 3000 раз превышающей скорость звука на уровне моря на Земле.

Если это не достаточно удивительно, то черная дыра также создает галактику-размерный "ударный волной" материи перед собой, а также тянет за собой хвост длиной 200 000 световых лет, в котором накапливается газ и происходит образование новых звезд. Лидер команды открытия, Питер ван Доккум из Йельского университета, сказал: "Это поражает ум! Силы, необходимые для того, чтобы вырвать такую массивную черную дыру из ее дома, огромны. И все же, было предсказано, что такие побеги должны происходить!"

Сверхмассивные черные дыры, которые могут достигать массы в миллиарды раз больше массы Солнца, обычно находятся в центре своих галактик, которые они доминируют своей огромной гравитацией. Невероятная скорость этой сверхмассивной черной дыры означает, что она находится на расстоянии около 230 000 световых лет от своей точки происхождения.

Команда считает, что это первый подтвержденный случай бегущей сверхмассивной черной дыры, и что это объект является одним из самых быстродвижущихся тел во Вселенной. Черная дыра движется со скоростью примерно 1000 километров в секунду, что позволяет ей вырваться из гравитационного поля своей бывшей галактики.

Ван Доккум объяснил, что два возможных механизма могут привести к тому, что сверхмассивная черная дыра будет выброшена из центра своей галактики. Оба сценария начинаются, когда две галактики сталкиваются и начинают сливаться, каждая из которых приносит свою сверхмассивную черную дыру. Оба механизма запускаются, когда сверхмассивные черные дыры достигают центра новой галактики.

Первый механизм заключается в том, что две черные дыры сливаются, и что гравитационное излучение, выпущенное при этом слиянии, придает мощный толчок новой черной дыре. Этот толчок может придать скорость 1000 километров в секунду, достаточно, чтобы выбросить черную дыру. Второй механизм - это трехтельное взаимодействие, которое происходит, когда одна из двух галактик имела пару двойных черных дыр в своем центре. Когда третья черная дыра входит в двойную систему, она становится нестабильной, и одна из трех черных дыр будет выброшена из системы.

Команда считает, что это первый сценарий, который объясняет бегущую сверхмассивную черную дыру в этом случае. Это означает, что галактика, лишенная сверхмассивной черной дыры в своем центре, вряд ли будет сильно затронута. Однако эта бегущая сверхмассивная черная дыра может иметь огромное влияние на любую другую галактику, с которой она столкнется, когда будет двигаться через пространство.

Ван Доккум сказал: "Встреча с другой галактикой будет довольно зрелищной, в основном из-за огромной, галактику-размерной ударной волны, которая предшествует черной дыре. Когда эта ударная волна встретит плотный газ другой галактики, она сожмет и шокировает этот газ и, вероятно, приведет к образованию многих новых звезд. Это будет довольно шоу!"

К счастью, две кольцевые галактики, составляющие "Космическую сову", находятся на расстоянии около 9 миллиардов световых лет, что означает, что даже если эта бегущая космическая титаническая черная дыра движется в нашу сторону, мы не должны беспокоиться о том, что она достигнет нас.

Слияния галактик являются обычными, происходящими несколько раз за жизнь одной галактики. Это означает, что выброшенные сверхмассивные черные дыры также могут быть довольно обычными, хотя численность популяции варьируется в зависимости от того, как моделируются эти столкновения.

Ван Доккум сказал: "Слияния происходят часто в жизни галактики; каждая галактика с размером и массой, подобной Млечному Пути, испытала несколько слияний за свою жизнь. Итак, двойные черные дыры должны формироваться довольно регулярно. То, что мы не знаем, - это как быстро эти двойные системы сливаются, если вообще сливаются, и как часто полученный толчок удаляет черную дыру. Мое мнение эмпирическое: теперь, когда мы знаем, как искать их, мы можем найти другие примеры - и тогда мы сможем ответить на вопрос напрямую из данных, подсчитав количество побегов. Большое дело в том, что побеги черных дыр существовали только в теории до сих пор".

Хотя бегущие сверхмассивные черные дыры были предсказаны теорией задолго до этого открытия, подтвердившего их существование, это не означает, что эти находки не принесли некоторых неожиданных сюрпризов.

Ван Доккум сказал: "Все в этом исследовании удивило меня! Я никогда не ожидал увидеть такое, и подтверждение этого с помощью телескопа Джеймса Уэбба было просто невероятным. То, что мы также не совсем оценили, - это то, какое влияние эти убегающие черные дыры оказывают на газ, через который они движутся. В следе образовалось много новых звезд из шокированного газа, около 100 миллионов раз больше массы Солнца. Этот режим образования звезд был неизвестен ранее, и он приводит к следу звезд далеко от галактики, кажущемуся образовавшимся в пустом пространстве".

Исследователь из Йельского университета объяснил, что следующим шагом для команды будет поиск других примеров бегущих черных дыр.

Ван Доккум сказал: "Вам нужны космические изображения, чтобы увидеть их: след выделялся для нас, потому что это такая тонкая полоска, и в наземных изображениях она была бы размыта за пределами признания. К счастью, широкопольные изображения телескопа Хаббла будут доступны скоро, благодаря телескопу Романа, и, немного размытее, Euclid. Использование алгоритмов машинного обучения для поиска тонких полос в данных телескопа Романа будет интересным проектом!"

Исследование команды было представлено в журнале The Astrophysical Journal Letters и в настоящее время доступно как пред-пир-ревьюированная статья на сайте arXiv.