Астрономы обнаружили потенциально одну из самых массивных чёрных дыр, когда-либо зафиксированных. Космическая чёрная дыра-монстр приближается к теоретическому верхнему пределу возможного во Вселенной и в 10 000 раз массивнее чёрной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь.
Она находится в одной из самых массивных галактик, которые когда-либо наблюдались, — в галактике «Космическая подкова». Эта галактика настолько велика, что искажает пространство-время и искривляет проходящий свет удалённой галактики в гигантское кольцо Эйнштейна в форме подковы.
Согласно новой статье, опубликованной сегодня в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society», масса ультрамассивной чёрной дыры составляет 36 миллиардов масс Солнца.
Считается, что в центре каждой галактики во Вселенной находится сверхмассивная чёрная дыра, а в более крупных галактиках — ультрамассивные чёрные дыры.
Профессор Томас Коллетт из Университета Портсмута говорит: «Это одна из десяти самых массивных чёрных дыр, когда-либо обнаруженных, и, возможно, самая массивная».
Большинство других измерений массы чёрных дыр являются косвенными и имеют довольно большие погрешности, поэтому мы не знаем наверняка, какая из них самая большая. Однако благодаря новому методу у нас появилась гораздо большая уверенность в массе этой чёрной дыры.
Как обнаружили чёрную дыру в «Космической подкове»
Исследователи обнаружили чёрную дыру в «Космической подкове», используя комбинацию гравитационного линзирования и звёздной кинематики (изучение движения звёзд в галактиках, а также скорости и характера их движения вокруг чёрных дыр).
Последний метод считается золотым стандартом для измерения масс чёрных дыр, но он не работает за пределами очень близкой Вселенной, потому что галактики кажутся слишком маленькими на небе, чтобы можно было разрешить область, где находится сверхмассивная или ультрамассивная чёрная дыра.
Добавление гравитационного линзирования помогло команде «продвинуться гораздо дальше в космос», как сказал профессор Коллетт.
«Мы обнаружили влияние чёрной дыры двумя способами: она изменяет путь, по которому проходит свет, когда он движется мимо чёрной дыры, и заставляет звёзды во внутренних регионах своей галактики-хозяина двигаться чрезвычайно быстро (почти 400 км/с)», — сказал профессор Коллетт.
Ведущий исследователь, кандидат наук Карлос Мело из Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул (UFRGS) в Бразилии, добавил: «Это открытие было сделано для «спящей» чёрной дыры — такой, которая в момент наблюдения не поглощает активно материал. Её обнаружение основывалось исключительно на её огромном гравитационном притяжении и влиянии, которое она оказывает на своё окружение».
Значение открытия
Чёрная дыра в «Космической подкове» находится далеко от Земли, на расстоянии около 5 миллиардов световых лет.
«Обычно для таких удалённых систем измерения массы чёрной дыры возможны только тогда, когда чёрная дыра активна», — сказал Мело. «Но такие оценки, основанные на аккреции, часто сопровождаются значительными погрешностями».
«Наш подход, сочетающий сильное гравитационное линзирование со звёздной динамикой, предлагает более прямое и надёжное измерение даже для этих удалённых систем», — добавил он.
Открытие важно, потому что оно поможет астрономам понять связь между сверхмассивными чёрными дырами и их галактиками-хозяевами.
«Мы думаем, что размер обоих тесно связан», — добавил профессор Коллетт. «Потому что, когда галактики растут, они могут направлять материю на центральную чёрную дыру».
Некоторые из этих веществ увеличивают массу чёрной дыры, но большая их часть излучается в невероятно ярком источнике, называемом квазаром. Эти квазары выбрасывают огромное количество энергии в свои галактики-хозяева, что останавливает образование новых звёзд из газовых облаков.
Наша галактика Млечный Путь содержит чёрную дыру массой в 4 миллиона масс Солнца. В настоящее время она недостаточно быстро растёт, чтобы излучать энергию, как квазар, но мы знаем, что в прошлом она это делала и может снова в будущем.
Галактика Андромеда и наш Млечный Путь движутся навстречу друг другу и, как ожидается, сольются примерно через 4,5 миллиарда лет. Это наиболее вероятное время, когда наша сверхмассивная чёрная дыра снова станет квазаром, говорят исследователи.
Интересной особенностью системы «Космическая подкова» является то, что галактика-хозяин представляет собой так называемую группу-окаменелость. Группы-окаменелости — это конечное состояние наиболее массивных гравитационно связанных структур во Вселенной, возникающих, когда они коллапсируют до одной чрезвычайно массивной галактики без ярких спутников.
«Вероятно, все сверхмассивные чёрные дыры, которые изначально находились в галактиках-спутниках, также слились, образовав ультрамассивную чёрную дыру, которую мы обнаружили», — сказал профессор Коллетт. «Итак, мы наблюдаем конечное состояние формирования галактики и конечное состояние формирования чёрной дыры».
Открытие чёрной дыры в «Космической подкове» было своего рода счастливой случайностью. Оно произошло, когда исследователи изучали распределение тёмной материи в галактике, пытаясь узнать больше об этом загадочном гипотетическом веществе.
Теперь, когда они поняли, что их новый метод работает для чёрных дыр, они надеются использовать данные космического телескопа Европейского космического агентства Euclid для обнаружения большего количества сверхмассивных чёрных дыр и их хозяев, чтобы помочь понять, как чёрные дыры останавливают образование звёзд в галактиках.