Астрономы совершили по-настоящему ошеломляющее открытие с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST): сверхмассивную чёрную дыру, в 10 миллионов раз превышающую массу Солнца, которая несётся сквозь пространство с умопомрачительной скоростью в 3,6 миллиона километров в час (1000 километров в секунду).
Это не только первая подтверждённая «сбежавшая» сверхмассивная чёрная дыра, но и один из самых быстро движущихся объектов, когда-либо обнаруженных. Она мчится через свою родную пару галактик под названием «Космическая Сова» со скоростью, в 3000 раз превышающей скорость звука на Земле. Если этого недостаточно, то чёрная дыра создаёт перед собой буквально галактическую «ударную волну» из вещества, одновременно протягивая за собой хвост длиной 200 000 световых лет, внутри которого газ конденсируется и запускает процесс звёздообразования.
«Это потрясает воображение! — сказал Space.com руководитель группы открытия Питер ван Доккум из Йельского университета. — Силы, необходимые для вырывания такой массивной чёрной дыры из её дома, колоссальны. И всё же теоретически предсказывалось, что такие «побеги» должны происходить!»
Сверхмассивные чёрные дыры, которые могут достигать масс в миллиарды солнечных, обычно находятся в сердцах своих галактик, где доминируют благодаря своей огромной гравитации. Невероятная скорость этой чёрной дыры означает, что она уже удалилась примерно на 230 000 световых лет от точки своего происхождения.
«Это единственная чёрная дыра, обнаруженная так далеко от своего прежнего дома, — пояснил ван Доккум. — Это делало её лучшим кандидатом в «беглецы», но не хватало подтверждения. Всё, что у нас было, — это след, который было трудно объяснить иначе. С помощью JWST мы теперь подтвердили, что на кончике этого следа действительно находится чёрная дыра, и что она удаляется от своего прежнего хозяина».
Как заметить «беглеца»
Эта теперь подтверждённая «сбежавшая» чёрная дыра была впервые идентифицирована ван Доккумом и коллегами ещё в 2023 году с помощью космического телескопа «Хаббл», который заметил то, что выглядело как след массивного тела, проходящего через пространство. Конечно, как и все чёрные дыры, этот беглец окружён горизонтом событий, что делает его трудным для непосредственного наблюдения.
«Чёрная дыра, ну, чёрная — и её очень трудно обнаружить, когда она движется сквозь пустое пространство. Мы заметили этот объект благодаря воздействию, которое прохождение чёрной дыры оказывает на её окружение: теперь мы знаем, что она создаёт ударную волну в газе, сквозь который движется. И именно эту ударную волну и её след позади чёрной дыры мы видим, — сказал ван Доккум. — С помощью JWST мы обнаружили огромное смещение газа на кончике следа, где чёрная дыра «подталкивает» его. Признаки ударной волны кристально ясны, и здесь просто нет сомнений в происходящем». Газ отбрасывается в сторону от сверхмассивной чёрной дыры со скоростью в сотни тысяч километров в час, что и увидела команда с помощью JWST.
«Скорость смещённого газа напрямую связана со скоростью чёрной дыры, и именно так мы определили её скорость по данным JWST, — объяснил учёный. — Она движется со скоростью примерно 1000 км/с, быстрее, чем почти любой другой объект во Вселенной. Именно эта высокая скорость позволила чёрной дыре преодолеть гравитацию её прежнего дома».
Как сверхмассивная чёрная дыра «сбегает»?
Ван Доккум объяснил, что есть два возможных механизма, которые могут привести к выбросу сверхмассивной чёрной дыры из центра её собственной галактики. Оба сценария начинаются со столкновения и слияния двух галактик, каждая из которых приносит в космическое столкновение свою собственную сверхмассивную чёрную дыру. Оба механизма запускаются, когда чёрные дыры достигают центра вновь образованной галактики.
«Первый механизм: две чёрные дыры сливаются друг с другом, и гравитационное излучение (гравитационные волны), высвобождаемое при этом слиянии, сообщает мощный «пинок» вновь образованной чёрной дыре. Этот «пинок» может придать скорость в 1000 км/с, достаточную для выброса дыры, — сказал ван Доккум. — Второй — это трёхтельное взаимодействие. Это происходит, когда в одной из двух галактик в центре была пара двойных чёрных дыр. Когда третья чёрная дыра входит в двойную систему, она становится нестабильной, и одна из трёх дыр будет выброшена из системы».
Команда полагает, что в данном случае работает первый сценарий. Это привело бы к образованию галактики без сверхмассивной чёрной дыры в центре, что, по словам ван Доккума, вряд ли сильно повлияет на неё. Однако эта «сбежавшая» чёрная дыра может оказать огромное воздействие на любую другую галактику, которую встретит на своём пути.
«Столкновение с другой галактикой было бы весьма зрелищным, в основном из-за огромной ударной волны размером с галактику, которая предшествует чёрной дыре, — продолжил учёный. — Когда эта ударная волна встретит плотный газ другой галактики, она сожмёт и нагреет его, что, вероятно, приведёт к образованию множества новых звёзд. Это было бы настоящее шоу!»
К счастью, две кольцеобразные галактики, составляющие «Космическую Сову», находятся примерно в 9 миллиардах световых лет от нас, поэтому даже если бы этот космический титан-беглец направлялся в нашу сторону, нам не пришлось бы беспокоиться о его прибытии.
Слияния галактик — обычное явление, происходящее много раз в течение жизни отдельной галактики. Это означает, что выброшенные сверхмассивные чёрные дыры также могут быть довольно распространены, хотя их количество зависит от моделей этих столкновений.
«Слияния часто случаются в жизни галактики; каждая галактика размером и массой с Млечный Путь пережила несколько таких событий за свою жизнь. Поэтому двойные системы чёрных дыр должны образовываться довольно регулярно. Что мы не знаем, так это как быстро эти пары сливаются, если вообще сливаются, и как часто последующий «пинок» приводит к выбросу чёрной дыры, — отметил ван Доккум. — Мой подход эмпирический: теперь, когда мы знаем, как их искать, мы можем найти другие примеры — и тогда мы сможем ответить на вопрос непосредственно на основе данных, подсчитав количество «побегов». Главное в том, что до сих пор «сбежавшие» чёрные дыры существовали исключительно в теории».
Неожиданные звёздные следы
Хотя теория предсказывала существование таких «сбежавших» чёрных дыр задолго до этого открытия, это не значит, что находка не преподнесла неожиданных сюрпризов.
«Всё в этом исследовании удивило меня! Я никогда не ожидал увидеть нечто подобное, и подтверждение этого с помощью JWST было просто невероятным, — признался ван Доккум. — Мы также не вполне осознавали, насколько сильно эти убегающие чёрные дыры влияют на газ, сквозь который они движутся. В их следе из нагретого газа сформировалось множество новых звёзд общей массой около 100 миллионов солнечных масс. Этот режим звёздообразования был неизвестен ранее; он приводит к появлению «хвоста» из звёзд вдалеке от галактики, словно рождённых в пустоте».
Исследователь из Йельского университета пояснил, что очевидным следующим шагом для команды будет поиск других примеров «беглянок».
«Для их обнаружения нужна космическая съёмка: след выделялся для нас, потому что это такая тонкая полоса, а на наземных изображениях он был бы размыт до неузнаваемости, — объяснил ван Доккум. — К счастью, широкоугольная съёмка качества «Хаббла» уже не за горами благодаря телескопу «Роман» и, в чуть менее чётком виде, «Евклиду». Использование алгоритмов машинного обучения для поиска тонких полос в данных «Романа» станет крутым проектом!»
Исследование команды было направлено в The Astrophysical Journal Letters и в настоящее время доступно в виде препринта на arXiv. Это открытие не только подтверждает давнюю теоретическую идею, но и открывает новое окно в динамическую жизнь галактик. «Беглянки» подобного рода могут быть одним из ключевых механизмов распространения тяжёлых элементов и «посева» звёздных популяций в межгалактической среде, выступая в роли космических скитальцев, несущих семена новых миров в своих протяжённых хвостах.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий