Чёрные дыры вызывают трепет. Представьте невидимую ловушку, которая поглощает всё, что оказывается поблизости. Даже свет, самое быстрое явление во Вселенной, не может вырваться из неё! Однако с точки зрения учёного чёрные дыры весьма интересны. Их экстремальная природа делает их очень увлекательным объектом для изучения, полным странных особенностей и головоломных загадок. Астрономы, находясь на безопасном расстоянии здесь, на Земле, наблюдают всевозможные странные события, связанные с чёрными дырами, и делают всё возможное, чтобы понять и объяснить их.
Несмотря на то что некоторые люди изучают эти уникальные объекты годами, Вселенная велика и иногда преподносит нам сюрпризы, которые ставят в тупик даже экспертов. Одно из таких событий было зафиксировано в сентябре 2022 года, когда исследователи из Йельского университета анализировали свои последние наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл». Они увидели необычную деталь, которая выглядела как чрезвычайно длинная и тонкая прямая линия рядом с галактикой, удалённой более чем на 10 миллиардов световых лет.
Линейная структура. Источник изображения: Van Dokkum et al., 2023
Сначала исследователи подумали, что при обработке наблюдений они пропустили космическое излучение, которое активировало всего несколько пикселей камеры. К счастью, телескоп может наблюдать различные виды света через свои фильтры, и одиночное космическое излучение должно быть видно только в одном фильтре. Но линию можно было увидеть во всех наблюдениях независимо от фильтра, так что дело было не в излучении. На самом деле всё оказалось гораздо интереснее.
При более внимательном рассмотрении тонкая линия указывала прямо на центр соседней карликовой галактики. Карликовые галактики, хоть и не такие большие и яркие, как наш Млечный Путь, всё же являются огромными структурами, а странная линия была почти наполовину ярче своего соседа. Изучив свойства света, исходящего от линии и галактики, астрономы обнаружили, что два объекта содержали некоторые схожие химические элементы и находились на одинаковом расстоянии от Земли. Это было важно, поскольку длина линии составляла около 200 тысяч световых лет, что даже больше, чем размер Млечного Пути, и намного больше, чем её карликовый спутник. Что бы это ни было, оно было абсолютно огромным! Не имея чёткого представления о том, что это такое, астрономы решили снова взглянуть на эту странную пару в своих следующих наблюдениях.
При более детальном изучении они обнаружили, что линия была не единственным необычным явлением. Карликовая галактика, на которую указывала линия, имела интересные особенности. Она была маленькой и компактной, неправильной формы, и образовывала звёзды с гораздо более высокой скоростью, чем ожидалось для галактики такого типа, почти в 10 раз выше! Эти результаты позволили предположить, что эта галактика претерпела серьёзные изменения не так давно. Примерно 100 миллионов лет назад (что не так много для галактики!) она слилась с другой карликовой галактикой в спиральном небесном танце. В результате слияния двух галактик образуется новая, более яркая галактика с более высокими темпами звездообразования и общим количеством звёзд двух предыдущих частей. Но такое слияние может иметь и другие, неожиданные последствия.
Галактика — это огромная структура, содержащая миллиарды звёзд, удерживаемых вместе гравитацией. Сердце галактики — её самая яркая часть благодаря огромному количеству звёзд, собранных вместе. Однако, несмотря на тёплый свет, в сердце галактики есть и более тёмная часть. Гигантская чёрная дыра, масса которой в миллионы раз превышает массу Солнца, скрывается в сердце каждой галактики. Это более миллиарда триллионов триллионов тонн! Когда две галактики сталкиваются и сливаются, чёрные дыры в их сердцах также начинают взаимодействовать. Обычно они объединяются в ещё большую чёрную дыру, но если до завершения слияния появится третья галактика, мы получим третью гигантскую чёрную дыру, которая будет взаимодействовать с парой, находящейся в процессе слияния. Третья чёрная дыра может «пнуть» меньшую из пары и отправить её лететь прочь из галактики с невероятной скоростью. Наблюдать такое событие крайне сложно, поэтому мы всё ещё не уверены в точной последовательности взаимодействий, которые происходят, или в том, как это будет выглядеть издалека!
Процесс слияния пары галактик с третьей. Чёрные дыры в центрах замысловато взаимодействуют, и одну из них может даже выбросить! Источник изображения: Van Dokkum et al., 2023
Могло ли это действительно стать причиной появления странной линии на наблюдениях? Астрономы рассмотрели множество возможных объяснений. Сначала они подумали, что это может быть сверхтонкая галактика, видная сбоку, но это не соответствует симметрии объекта, его высокой яркости и интенсивному темпу звездообразования. Все наиболее жизнеспособные объяснения требовали наличия сверхмассивной чёрной дыры, поэтому затем они подумали, что наблюдаемая линия может быть мощной струёй, исходящей из активного центра галактики. Это было бы легко проверить, потому что такие струи всегда производят очень большое количество рентгеновского излучения. Наблюдаемый объект практически не излучал рентгеновские лучи, так что и это объяснение было отвергнуто. Возможно, в прошлом из «родительской» карликовой галактики исходила струя, которая вызвала активное звездообразование в регионе, а затем исчезла. В этом случае мы бы увидели, как шокированный регион становится шире по мере удаления от галактики, раскрываясь как конус. Наблюдаемый объект на самом деле сужался по мере удаления от галактики, как будто он был создан чем-то, что покидало галактику, а не самой галактикой. Астрономы пришли к единственному объяснению: гигантская чёрная дыра была выброшена из галактики и теперь путешествует по Вселенной, вызывая возмущения в межзвёздном пространстве на своём пути и заставляя звёзды формироваться!
Художественное представление убегающей чёрной дыры, удаляющейся от своей бывшей галактики-хозяина. Источник изображения: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Эта космическая пуля — поистине редкое и поразительное событие. Голодная чёрная дыра, в 40 раз больше Солнца и в 10 миллионов раз тяжелее, мчится по космосу со скоростью 16 000 километров в секунду, что в 4000 раз быстрее ракетного корабля. Ведущий исследователь этого открытия, опытный внегалактический астроном Питер ван Доккум, назвал это «случайным открытием» и «примечательной особенностью». Пока что человечество обнаружило лишь несколько таких событий, но это может скоро измениться. Это лишь одно из многих удивительных астрономических явлений, которые мы можем наблюдать на данный момент. С развитием современной науки и техники наши телескопы и инструменты с каждым годом становятся больше, лучше и мощнее. В ближайшие годы и десятилетия мы обязательно обнаружим всевозможные фантастические события, которые, несомненно, бросят вызов нашему пониманию и заставят нас искать ответы, используя любопытство как наш главный инструмент.
Источники:
* A Candidate Runaway Supermassive Black Hole Identifed by Shocks and Star Formation in its Wake, van Dokkum, P. et al 2023, The Astrophysical Journal Letters, Volume 946, Number 2
* NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)