Астрономы фиксируют исчезновение сверхмассивной черной дыры

Вселенная полна скоплений галактик, но Abell 2261 — особенное. В центре скопления, где должна быть одна из самых больших сверхмассивных черных дыр во Вселенной, астрономам не удалось найти никаких следов такого объекта.

И новый поиск только сделал это отсутствие еще более загадочным: если сверхмассивная черная дыра покинула скопление, она должна была оставить свидетельства своего прохождения. Но и в материале, окружающем галактический центр, этого нет.

Скопления галактик — крупнейшие известные гравитационно связанные структуры во Вселенной. Обычно это группы от сотен до тысяч галактик, связанных вместе одной огромной аномально яркой галактикой в ​​центре или рядом с ним, известной как ярчайшая галактика скопления (BCG).

Но даже среди BCG выделяется BCG Abell 2261 (на самом деле она называется A2261-BCG, расположена на расстоянии около 2,7 миллиардов световых лет от нас). Ее диаметр составляет около миллиона световых лет — до 10 раз больше, чем размер галактики Млечный Путь — и у нее есть огромное пухлое ядро ​​в 10 000 световых лет в поперечнике, самое большое из когда-либо виденных галактических ядер.

Основываясь на массе галактики, которая коррелирует с размером черной дыры, в ее ядре должно быть абсолютное чудовище — черная дыра, в 100 миллиардов раз больше массы Солнца, что может сделать ее одной из крупнейших известных черных дыр (сверхмассивная черная дыра Млечного Пути — 4 миллиона солнечных масс).

Но вместо того, чтобы увидеть излучение, которое вы ожидаете от активной сверхмассивной черной дыры, поскольку она перегревает материал вокруг себя, ядро ​​A2261-BCG заполнено диффузным туманом яркого звездного света. Различные инструменты, в том числе рентгеновская обсерватория Чандра и космический телескоп Хаббл, не смогли обнаружить ни единого намека на черную дыру в центре A2261-BCG.

Команда астрономов во главе с Кайханом Гултекином из Мичиганского университета в Анн-Арборе провели более глубоких наблюдений, основанных на гипотезе о том, что сверхмассивная черная дыра была выброшена из скопления.

Это не такая уж сумашедшая идея. Ожидается, что BCG будут расти, когда они сольются с другими галактиками. Когда это произойдет, сверхмассивные черные дыры в центре этих сливающихся галактик также сольются, медленно по спирали сближаясь друг с другом, прежде чем объединиться и превратиться в одну черную дыру.

Теперь мы знаем, благодаря гравитационно-волновой астрономии, что сливающиеся сверхмассивные черные дыры посылают гравитационные волны, колеблющиеся в пространстве-времени. Возможно, если бы гравитационные волны были сильнее в одном направлении, то гравитационная отдача могла бы отбросить объединенную черную дыру в противоположном направлении.

Было бы замечательно найти доказательства этого. Во-первых, отдача от слияния черных дыр еще не обнаружена, что означает, что она все еще гипотетическая. Но мы также не знаем, действительно ли сверхмассивные черные дыры могут сливаться друг с другом.

Согласно численному моделированию слияния сверхмассивных черных дыр, они не могут. Причина в том, что с уменьшением их орбиты уменьшается и область пространства, в которую они могут передавать энергию. К тому времени, когда черные дыры окажутся на расстоянии одного парсека друг от друга (около 3,2 световых лет), теоретически эта область пространства уже не будет достаточно большой, чтобы поддерживать дальнейший орбитальный распад, поэтому они остаются на стабильной двойной орбите, потенциально в течение миллиардов лет. Это называется последней проблемой парсека.

Было несколько подсказок, позволяющих предположить, что такое слияние могло произойти в основе A2261-BCG. Для начала, есть размер ядра. В 2012 году ученые предположили, что две сливающиеся черные дыры могли выбросить из ядра целую группу звезд, раздувая область. Это также объясняет, почему самая плотная концентрация звезд находилась на расстоянии 2000 световых лет от ядра.

Радиоизлучение показало, что последняя активность сверхмассивной черной дыры в центре галактики имела место около 48 миллионов лет назад.

Ученые также изучили скопления звезд вокруг ядра галактики.

Астрономы обнаружили, что плотность горячего газа уменьшается по мере приближения к центру; поэтому самая высокая плотность газа находится не в середине ядра, а вокруг него. Но ни на одном из исследованных ими участков не обнаружено доказательств наличия рентгеновского излучения, связанного с активностью черной дыры.

Поскольку черные дыры сами по себе не испускают поддающегося обнаружению излучения, и обычно мы можем обнаружить их только тогда, когда они поглощают что либо, возможно, в центре A2261-BCG есть черная дыра. Если есть, значит, она либо неподвижна, либо срастается слишком медленно, чтобы наши современные инструменты могли обнаружить ее.

Другое объяснение состоит в том, что черную дыру выкинуло намного дальше, чем мы ожидали. Более чувствительные инструменты в будущем могут помочь ответить на этот увлекательный вопрос.

Исследование было одобрено AAS Journals и доступно на arXiv.

Источники: Фото: (X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/K. Gültekin; Optical: NASA/STScI and NAOJ/Subaru; Infrared: NSF/NOAO/KPNO)