Ученые потеряли в глубинах Вселенной гигантскую черную дыру

Тайна, связанная с местонахождением сверхмассивной черной дыры, углубилась. Несмотря на поиски с помощью рентгеновской обсерватории Чандра и космического телескопа Хаббла, астрономы не имеют доказательств того, что далекая черная дыра, которая, по оценкам, весит от 3 до 100 миллиардов масс Солнца, где-либо может быть обнаружена.

Эта отсутствующая черная дыра должна находиться в огромной галактике в центре скопления галактик Abell 2261, которое находится примерно в 2,7 миллиарда световых лет от Земли. Это составное изображение Abell 2261 содержит оптические данные, полученные от телескопа Hubble и Subaru, показывающие галактики в скоплении и на заднем плане, а также данные рентгеновского излучения Chandra, показывающие горячий газ (окрашенный в розовый цвет), проникающий в скопление. В середине изображения показана большая эллиптическая галактика в центре скопления.

галактика Abell 2261

Почти каждая большая галактика во Вселенной содержит в центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца. Поскольку масса центральной черной дыры обычно совпадает с массой самой галактики, астрономы ожидают, что галактика в центре Abell 2261 будет содержать сверхмассивную черную дыру, которая может соперничать с массой некоторых из самых больших известных черных дыр во Вселенной.

Используя данные Chandra, полученные в 1999 и 2004 годах, астрономы уже исследовали центр большой центральной галактики Abell 2261 на предмет признаков сверхмассивной черной дыры. Они искали материал, который был перегрет, когда упал в сторону черной дыры и испускал рентгеновские лучи, но не обнаружили такой источник.

Теперь, когда в 2018 году были получены новые, более длительные наблюдения Чандры, команда под руководством Кайхана Гултекина из Мичиганского университета в Анн-Арборе провела более глубокий поиск черной дыры в центре галактики. Они также рассмотрели альтернативное объяснение, согласно которому черная дыра была выброшена из центра родительской галактики. Это жестокое событие могло произойти в результате слияния двух галактик и образования наблюдаемой галактики, сопровождаемого слиянием центральной черной дыры в каждой галактике и образованием одной огромной черной дыры.

Когда черные дыры сливаются, они создают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами. Если бы огромное количество гравитационных волн, порожденных таким событием, было сильнее в одном направлении, чем в другом, теория предсказывает, что новая, еще более массивная черная дыра была бы отправлена ​​в сторону от центра галактики в противоположном направлении. Это называется откатывающейся черной дырой.

Астрономы не нашли убедительных доказательств того, что черные дыры отскакивают, и неизвестно, подходят ли сверхмассивные черные дыры достаточно близко друг к другу, чтобы вызвать гравитационные волны и слиться; до сих пор астрономы проверяли только слияния гораздо меньших черных дыр. Обнаружение откатывающихся сверхмассивных черных дыр придаст смелости ученым, использующим и развивающим обсерватории, для поиска гравитационных волн от слияния сверхмассивных черных дыр.

Галактика в центре Abell 2261 – отличное скопление для поиска отскакивающей черной дыры, потому что есть два косвенных признака того, что могло произойти слияние двух массивных черных дыр. Во-первых, данные оптических наблюдений Хаббла и Субару показывают галактическое ядро ​​- центральную область, где количество звезд в галактике в данном участке находится на максимальном или близком к нему значении, что намного больше, чем ожидалось для галактики такого размера. Второй признак заключается в том, что самая плотная концентрация звезд в галактике находится на расстоянии более 2000 световых лет от центра галактики, который поразительно удален.

Эти особенности были впервые идентифицированы Марком Постманом из Научного института космического телескопа (STScI) и его сотрудниками на их более ранних изображениях телескопа Хаббла и Субару, что привело их к предложению идеи объединенной черной дыры в Abell 2261. Во время слияния сверхмассивная черная дыра в каждой галактике опускается к центру только что сросшейся галактики. Если они становятся связанными друг с другом гравитацией и их орбита начинает сокращаться, ожидается, что черные дыры взаимодействуют с окружающими звездами и выталкивают их из центра галактики. Это объяснило бы большое ядро ​​Abell 2261. Нецентральная концентрация звезд также могла быть вызвана сильным событием, таким как слияние двух сверхмассивных черных дыр и последующей отдачей от одной более крупной черной дыры.

Несмотря на то, что есть подсказки о том, что произошло слияние черных дыр, ни данные Чандры, ни Хаббла не показали доказательств существования самой черной дыры. Гюльтекин и большинство его соавторов во главе с Сарой Берк-Сполаор из Университета Западной Вирджинии ранее использовали Хаббл для поиска скопления звезд, которое могло быть унесено отбрасывающейся черной дырой. Они изучили три сгустка около центра галактики и выяснили, достаточно ли движения звезд в этих сгустках, чтобы предположить, что они содержат черную дыру с массой в десять миллиардов солнечных. В двух сгустках не было обнаружено явных доказательств наличия черной дыры, а звезды в другом были слишком тусклыми, чтобы сделать полезные выводы.

Они также ранее изучали наблюдения Abell 2261 с помощью очень большого массива NSF Карла Дж. Янского. Радиоизлучение, обнаруженное около центра галактики, показало свидетельство того, что сверхмассивная черная дыра имела место 50 миллионов лет назад, но не указывает на то, что в центре галактики в настоящее время находится такая черная дыра.

Затем они обратились к Чандре, чтобы найти материал, который был перегрет и производил рентгеновские лучи, падая в сторону черной дыры. Хотя данные Chandra действительно показали, что самый плотный горячий газ не находится в центре галактики, они не выявили никаких возможных рентгеновских сигнатур растущей сверхмассивной черной дыры – в центре скопления не было обнаружено никаких источников рентгеновского излучения, или в любом из скоплений звезд, или в месте радиоизлучения.

Авторы пришли к выводу, что либо в любом из этих мест нет черной дыры, либо она слишком медленно втягивает материал, чтобы произвести заметный рентгеновский сигнал.

Таким образом, тайна местонахождения этой гигантской черной дыры продолжается. Хотя поиски не увенчались успехом, у астрономов остается надежда для поисков этой сверхмассивной черной дыры в будущем. После запуска космический телескоп Джеймса Уэбба может обнаружить наличие сверхмассивной черной дыры в центре галактики или одного из скоплений звезд. Если Уэбб не может найти черную дыру, то лучшим объяснением будет то, что черная дыра отскочила далеко из центра галактики.

Читайте обзоры:

-->