Гравитационные волны выбросили черную дыру из ядра галактики

Последние наблюдения космического телескопа «Хаббл» позволили астрономам сделать потрясающее открытие, — они обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая была вытолкнута из центра далекой галактики гравитационными волнами невероятной силы.

Астрономы считают, что этот объект имеет массу более 1 миллиарда солнц, то есть черная дыра-монстр является самой массивной черной дырой, вытолкнутой из своей локации. Исследователи подсчитали, что для того, чтобы выбросить столь массивную черную дыру единовременно должна была быть произведена энергия равная взрыву 100 миллионов сверхновых звезд.

Наиболее правдоподобным объяснением этой движущей энергии является то, что объект-монстр получил удар гравитационными волнами, вызванными слиянием двух массивных черных дыр в центре галактики-хозяина.

Наблюдения Хаббла за своенравной черной дырой удивили исследовательскую группу:

«Когда я впервые увидел это, я подумал, что мы видим что-то очень своеобразное», — сообщил руководитель команды ученых, обнаруживших объект, Марко Чиаберге из Института космического телескопа (STScI) и университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. «Когда мы объединили наблюдения «Хаббл», рентгеновской обсерватории «Чандра» и Sloan Digital Sky Survey, мы пришли к единому сценарию. Объем данных, которые мы собрали в диапазонах от рентгеновского до ультрафиолетового и ближнего инфракрасного света, намного больше, чем для любой другой ранее наблюдаемой черной дыры».

Статья Чиаберге появится 30 марта в выпуске Astronomy & Astrophysics.

Изображения «Хаббл», снятые в видимом и ближнем инфракрасном свете, дали первый ключ к пониманию того, насколько необычна эта галактика. На снимках был обнаружен яркий квазар — энергетическая сигнатура черной дыры, находящаяся далеко от галактического ядра. Пока непосредственное наблюдение за черными дырами невозможно, но они являются источником энергии в для квазаров — интенсивных компактных излучателей, которые могут затмить всю галактику. Квазар, названный 3C 186 и его галактика-хозяин находятся в 8 миллиардах световых лет от нас, в галактическом скоплении.

«Я ожидал увидеть много сливающихся галактик и галактики-хозяев вокруг квазаров, но никак не ожидал увидеть квазар, который был явно смещен от ядра правильно сформированной галактики», — сообщил Чиаберге. «Черные дыры обычно находятся в центре галактик, поэтому было весьма необычно видеть квазар не в центре».

Команда вычислила расстояние черной дыры от ядра, сравнивая распределение звездного света в принимающей галактике с распределением нормальной эллиптической галактики по компьютерной модели. Выяснилось, что черная дыра прошла более 35 000 световых лет от центра, что больше, чем расстояние между Солнцем и центром Млечного Пути.

Кролик в шляпе или черная магия CubeSat

На основании спектроскопических наблюдений при помощи телескопа «Хаббл» и Sloan, исследователи оценили массу черной дыры и измерили скорость газа, захваченного вблизи объекта. Спектроскопия делит свет на составляющие его цвета, которые можно использовать для измерения скоростей в пространстве.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что газ вокруг черной дыры отлетает от центра галактики со скоростью 7,5 миллиона километров в час», — поделился наблюдениями член команды Джастин Эли из STScI. Это измерение также является мерилом скорости черной дыры, потому что газ гравитационно привязан к монстробразному объекту».

Астрономы подсчитали, что черная дыра движется настолько быстро, что способна преодолевать расстояние от Земли до Луны за три минуты. Это достаточно быстро для того, чтобы черная дыра сбежала из галактики за 20 миллионов лет.

Кроме того, снимки «Хаббл» показали весьма интересную улику, которая помогла объяснить положение каверны черной дыры. Галактика-хозяин имеет слабые дугообразные черты, называемые приливные хвосты, создаваемые гравитационным буксиром между двумя сталкивающимися галактиками. Это свидетельствует о возможном соединении между системой 3С 186 и другой галактикой, каждая из которых имеет центральные массивные черные дыры, которые, возможно, в конечном итоге слились.

Основываясь на этом очевидном свидетельстве, наряду с теоретической работой, исследователи разработали сценарий, для того, чтобы описать, каким именно образом сверхмассивная черная дыра была выброшена из своей локации. Согласно их теории, две галактики сливаются, а их черные дыры оседают в центр новообразованной эллиптической галактики. Когда черные дыры кружатся вокруг друг друга, гравитационные волны выбрасываются, как вода из газового спринклера.

Самой яркой сверхновой не было! Звезду разорвала черная дыра

С течением времени гигантские объекты сближаются друг с другом, излучая гравитационную энергию. Если две черные дыры не имеют одинаковой массы и скорости вращения, они сильнее излучают гравитационные волны вдоль одного направления. Когда две черные дыры сталкиваются, они перестают производить гравитационные волны. После этого, новая объединенная черная дыра отступает в противоположном направлении от сильнейших гравитационных волн и отстреливается подобно ракете.

Исследователям повезло, что они поймали это уникальное событие, потому что не каждое слияние черных дыр создает несбалансированные гравитационные волны, которые приводят черную дыру в движение в противоположном направлении.

«Эта асимметрия зависит от таких свойств, как масса и относительная ориентация осей вращения черных дыр перед слиянием», — сообщил член команды Колин Норман из STScI и университета Джонса Хопкинса. «Вот почему эти объекты так редки».

Если интерпретация исследователей верна, наблюдения могут дать убедительные доказательства того, что сверхмассивные черные дыры действительно могут сливаться. В этом случае у астрономов появятся доказательства столкновения черных дыр звездной массы, но пока процесс, регулирующий сверхмассивные черные дыры сложен и не до конца понятен.