Расположенная на расстоянии 26 000 световых лет в центре нашей галактики, Стрелец А* представляет собой гигантский разрыв пространства-времени, масса которого в 4 миллиона раз больше массы нашего Солнца, а ширина — 14,6 миллиона миль (23,5 миллиона километров).
Но как появилась эта черная дыра и почему она вращается удивительно быстро и не сориентирована по отношению к остальной галактике, остается неизвестным. Теперь данные телескопа, который впервые запечатлел изображение черной дыры в 2022 году, дали ключ к разгадке: Стрелец А*, который мы видим сегодня, родился в результате катаклизмического слияния с другой гигантской черной дырой миллиарды лет назад — и до сих пор демонстрирует последствия этого сильного столкновения. Исследователи опубликовали свои выводы 6 сентября в журнале Nature Astronomy.
«Это открытие открывает путь к пониманию того, как растут и эволюционируют сверхмассивные черные дыры», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Йихана Ванга, астрофизика из Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV). «Несоответствие высокого спина Sgr A* указывает на то, что она могла слиться с другой черной дырой, резко изменив амплитуду и ориентацию спина».
Несмотря на то, что масса Стрельца А* составляет всего 0,0003 % от массы Млечного Пути, она является мощным двигателем, который периодически всасывает в себя материю, а затем выплевывает ее с околосветовыми скоростями, создавая процесс обратной связи, который формирует нашу галактику с момента ее зарождения.
Ученые полагают, что гигантская черная дыра начиналась так же, как и другие, родившись в результате коллапса гигантской звезды или газового облака и пожирая все, что подлетало слишком близко. Раздувшись до чудовищных размеров, черные дыры могут даже питаться другими сверхмассивными черными дырами.
Сверхмассивные слияния черных дыр происходят, когда целые галактики сливаются воедино. Бугорки и перегибы на диске Млечного Пути указывают на то, что за последние 12 миллиардов лет он, вероятно, столкнулся по меньшей мере с дюжиной галактик. Но астрономы до сих пор не уверены, насколько важны слияния черных дыр, когда речь идет о создании сверхмассивных черных дыр, и могут ли эти разрывы в пространстве-времени вырасти до таких умопомрачительных размеров, просто поглощая газ и пыль.
В поисках прямых доказательств происхождения Стрельца А* ученые использовали данные, полученные с телескопа Event Horizon Telescope, чтобы создать модель поведения черной дыры в течение времени. Проведя ряд симуляций, астрономы обнаружили, что необычное вращение черной дыры, которое совершенно не совпадает с вращением нашей галактики, лучше всего объясняется массивным событием слияния со сверхмассивной черной дырой другой галактики.
«Это слияние, вероятно, произошло около 9 миллиардов лет назад, после слияния Млечного Пути с галактикой Гайя-Энцелад, — сказал соавтор исследования Бинг Чжан, профессор физики и астрономии из UNLV. Это слияние не только подтверждает идею о том, что черные дыры могут становиться все больше, поглощая себе подобных, но и «дает представление о динамичной истории нашей галактики», добавил Чжан.
Чтобы найти дальнейшие доказательства слияния гигантских черных дыр во Вселенной, исследователи говорят, что ждут строительства космических гравитационно-волновых телескопов, таких как телескоп НАСА и проект ЕКА «Лазерная интерферометрическая космическая антенна» (LISA). После того как LISA будет поднята в космос в 2035 году, она будет фиксировать ударные волны, возникающие в пространстве-времени при столкновении сверхмассивных черных дыр.
Эти волны позволят астрономам не только наблюдать за уже произошедшими слияниями, но и лучше понять механизмы, управляющие эволюцией больших галактик и их центров. Мощные колебания, регистрируемые LISA, откроют новые горизонты для изучения черных дыр и их взаимодействий, предоставляя магнит в астрономическом сообществе в поисках ответов на вопросы, которые терзали умы ученых на протяжении десятилетий.
Параллельно с развитием технологий наблюдения за гравитационными волнами, астрономы продолжают проводить наземные наблюдения, используя радиотелескопы и оптические обсерватории для получения более четкой картины структур, окружающих черную дыру. Одно из направлений, вдохновленных недавними открытиями о Стрелце А*, заключается в исследовании того, как окружающий материал влияет на динамику и свойства черных дыр.
Ученые предполагают, что поглощение окружающей материи также может оказывать существенное воздействие на вращение черных дыр, изменяя их физические характеристики и способствуя дальнейшему росту. Эти взаимосвязи помогают составить более целостное представление о роли черных дыр в процессе формирования галактик и о том, как сам Млечный Путь мог модифицироваться под воздействием различных космических взаимодействий.
Важна и публикация, произошедшая в планетарной астрономии, которая показывает, как слияния оставляют «долговременные» отпечатки в распределении звезд в галактиках. Эта информация актуальна для последующих исследований, поскольку агрегация звезд и их ориентации также может дать ученым ключи к пониманию механизмов, стоящих за формированием и эволюцией черных дыр. И, хотя загадки Толстятин А* еще не полностью раскрыты, открытия последних месяцев свидетельствуют о том, что исследователи близки к нахождению новых улик, которые помогут завершить эту увлекательную головоломку.
Таким образом, будущее астрономии обещает быть захватывающим периодом открытий. С каждым новым шагом вперед, астрономы не просто изучают черные дыры – они начинают понимать, как эти таинственные объекты формируют весь космос вокруг нас. В конце концов, знать свое космическое прошлое значит лучше понимать свое место во Вселенной.
