RW Space

Большие галактики, подобные нашей, являются домом для сверхмассивных черных дыр (СМЧД). Они могут быть настолько массивными, что трудно понять, причем некоторые из них имеют массу в миллиарды раз больше, чем у Солнца.

Наша, под названием Стрелец А* (Sgr A*), его масса немного скромнее: около четырех миллионов солнечных масс.

Астрофизики изучили Стрельца A*, чтобы узнать о нем больше, в том числе о его возрасте. Они говорят, что она образовалась около девяти миллиардов лет назад.

СМЧД — самые привлекательные объекты во Вселенной. Они настолько массивны, что их гравитационное притяжение может задерживать свет. Они окружены вращающимся кольцом материала, называемым аккреционным диском, который подает материал в дыру.

Когда они активно питаются, их называют активными галактическими ядрами (АЯГ). Самые яркие АЯГ. называются квазарами, и они могут затмить целые галактики.

Как ученые могут определить возраст этих запутанных объектов? Как они могут узнать, когда образовалась наша черная дыра, Sgr A*? Собирая данные, объединяя их воедино и запуская моделирование.

Всерьез эти усилия начались в апреле 2017 года, когда Телескоп горизонта событий (EHT) наблюдал черную дыру в центре галактики М87. Это был первый раз, когда мы увидели изображение черной дыры, и оно было продолжено в 2022 году, когда EHT наблюдал Sgr A*.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, опиралось на по наблюдениям EHT, чтобы установить возраст и происхождение Стрельца А*. Он озаглавлен «Свидетельства прошлого слияния черной дыры в Галактическом центре». Авторы — Ихань Ван и Бин Чжан, астрофизики из Университета Невады в Лас-Вегасе.

Черные дыры растут двумя способами. Со временем они накапливают материю и сливаются. Астрофизики полагают, что для образования СМЧД необходимо слияние галактик, и Sgr A* ничем не отличается. Вероятно, он образовался в результате слияния, хотя он также увеличивает материал.

Сержант А* необычен. Она быстро вращается и смещена относительно Млечного Пути. По мнению Ванга и Чжана, это свидетельство прошлого слияния, возможно, с давно исчезнувшей галактикой-спутником под названием Гея-Энцелад.

«Телескоп горизонта событий (EHT) предоставил данные прямое изображение СМЧД Sgr A* в центре Млечного Пути, что указывает на то, что она, вероятно, быстро вращается, а ее ось вращения значительно смещена относительно углового момента плоскости Галактики», — пишут авторы в своей статье.

Пара исследователей использовали компьютерное моделирование, чтобы смоделировать, какое влияние окажет слияние на черную дыру Млечного Пути.

«Исследуя различные модели роста СМЧД, мы показываем, что предполагаемые спиновые свойства Sgr A* свидетельствуют о прошлое слияние SMBH», — пишут авторы.

Их работа показывает, что слияние с соотношением масс 4:1 и сильно наклоненной орбитальной конфигурацией может объяснить то, что показывают EHT-наблюдения Sgr A*.

«Вдохновленные слиянием Млечного Пути и Геи-Энцелад, соотношение масс которого составляет 4:1, как следует из данных Геи , мы обнаружили, что 4 :1 крупное слияние СМЧД с углом наклона бинарного углового момента 145-180 градусов относительно луча зрения (LOS) может успешно повторить измеренные спиновые свойства Sgr A*», — объясняют авторы в своей работе. p>

«Это слияние, вероятно, произошло около 9 миллиардов лет назад, после слияния Млечного Пути с галактикой Гайя-Энцелад», — сказал Чжан, выдающийся профессор физики и астрономии в UNLV и директор-основатель Невадского центра астрофизики. p>

«Это событие не только подтверждает теорию иерархического слияния черных дыр , но также дает представление о динамической истории нашей галактики.»

«Это открытие прокладывает путь к нашему пониманию того, как растут и развиваются сверхмассивные черные дыры. », — сказал ведущий автор Ван в пресс-релизе. «Смещенный высокий спин Sgr A* указывает на то, что он, возможно, слился с другой черной дырой, резко изменив ее амплитуду и ориентацию вращения».

«Это событие слияния в нашей галактике обеспечивает потенциальную наблюдательную поддержку теории теория иерархических слияний ЧД при образовании и росте СМЧД», — пишут авторы в своем заключении.

Когда галактики сливаются, сливаются и их центральные черные дыры. Хотя это в основном теоретически, обсерватории гравитационных волн обнаруживают все большее количество слияний черных дыр.

Однако из-за диапазона частот наших обсерваторий они обнаружили только слияния черных дыр звездных масс. Слияния сверхмассивных чёрных дыр привели бы к образованию гораздо более низких частот гравитационных волн, которые находятся за пределами диапазона таких детекторов, как LIGO/Virgo/KAGRA. Детекторы системы расположены слишком близко друг к другу, чтобы обнаружить более низкие частоты.

Авторы также указывают на скорость слияния СМЧД, определенную в других симуляциях, таких как Millenium Simulations, что предполагает, что их могут быть сотни. или тысячи каждый год в наблюдаемой Вселенной.

«Предполагаемая скорость слияний, согласующаяся с теоретическими предсказаниями, предполагает многообещающую скорость обнаружения слияний СМЧД космическими детекторами гравитационных волн, которые, как ожидается, будут работать в 2030-х годах».

Есть планы построить средства, которые смогут обнаруживать эти более низкие частоты слияний СМЧД. ЕКА и НАСА планируют миссию под названием LISA (космическая антенна лазерного интерферометра), которая сможет обнаружить эти волны. LISA будет состоять из трех космических аппаратов, работающих вместе как интерферометр. Длина каждого космического корабля составит 2,5 миллиона километров.

СМЧД — одни из самых загадочных объектов во Вселенной, и их сложно изучать. Однако даже при отсутствии каких-либо гравитационных волновых свидетельств слияний СМЧД это исследование помогает подготовить почву для углубления нашего понимания этих слияний, когда они действительно происходят.

Эта статья была первоначально опубликована журналом Universe. Сегодня. Прочтите оригинал статьи.