Гравитационные волны изгнали монстра из центра галактики

Астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая была вытолкнута из центра далекой галактики удивительной силой гравитационных волн, сообщает in-space.ru. Астрономы считают, что объект, обнаруженный космическим телескопом «Hubble», очень мощный. Обладая массой более 1 миллиарда Солнц, черная дыра является самой массивной черной дырой из когда-либо обнаруженных подобных скиталиц.

Исследователи считают, что для выброса черной дыры потребовалась бы энергия, эквивалентная одновременному взрыву 100 миллионов сверхновых. Наиболее правдоподобным объяснением является удар гравитационными волнами, вызванными слиянием двух массивных черных дыр в центре галактики.

Предсказанные Альбертом Эйнштейном гравитационные волны – это искажения в пространстве, которые создаются при столкновении двух массивных объектов. Рябь похожа на концентрические круги, возникающие при падении камня в воду. В прошлом году обсерватория LIGO помогла астрономам доказать, что гравитационные волны существуют.

Наблюдения «Hubble» за своенравной черной дырой удивили исследовательскую группу. «Когда я впервые увидел это, подумал, что мы видим что-то очень своеобразное», – говорит руководитель научной команды Марко Чиаберге из Института космического телескопа (США) и Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе (США).

Статья Марко Чиаберге появится 30 марта в Astronomy & Astrophysics. Изображения «Hubble», снятые в видимом и ближнем инфракрасном свете, дали первый ключ к пониманию того, что изучаемая галактика необычна. На снимках был обнаружен яркий квазар. Черные дыры не могут наблюдаться непосредственно, но они являются источником энергии в центре квазаров, интенсивных компактных излучателей, которые могут затмить всю галактику. Квазар 3C 186 и его галактика-хозяин находятся в 8 миллиардах световых лет от нас в скоплении галактик. Команда обнаружила особенности галактики, изучая мощные всплески радиации.

«Я действительно не ожидал увидеть квазар, который был явно смещен от ядра правильно сформированной галактики. Черные дыры должны находиться в центре галактик», – вспоминает Чиаберге.

Команда вычислила расстояние черной дыры от ядра с помощью компьютерной модели. Черная дыра прошла более 35 000 световых лет от центра, что превышает расстояние между Солнцем и центром Млечного Пути.

На основании спектроскопических наблюдений, проведенных «Hubble» и SDSS, исследователи оценили массу черной дыры и измерили скорость газа вблизи нее. Спектроскопия делит свет на цветные составляющие, 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 миллионов километров в час», – говорит ученый Джастин Эли из Института космического телескопа. Этот результат также характеризует скорость черной дыры, потому что газ гравитационно привязан к монстру. Астрономы подсчитали, что черная дыра движется так быстро, что переместилась бы от Земли до Луны за три минуты. Такой скорости достаточно для полного побега черной дыры из галактики за 20 миллионов лет.

Изображение «Hubble» показало интересную улику, которая помогла объяснить положение каверны черной дыры. Галактика-хозяин имеет слабые дугообразные черты, называемые приливными хвостами, создаваемые гравитационным буксиром между двумя сталкивающимися галактиками. Это свидетельствует о возможном соединении системы 3С 186 с другой галактикой, каждая из которых имела центральные массивные черные дыры, которые, возможно, в конечном итоге слились.

Основываясь на этом очевидном свидетельстве, наряду с теоретической работой, исследователи разработали сценарий, описывающий, как огромную черную дыру можно было выгнать из дома. Согласно их теории, две галактики сливаются, а их черные дыры остаются в центре новообразованной эллиптической галактики. Когда черные дыры кружатся вокруг друг друга, возникают гравитационные волны. С течением времени гиганты сближаются друг с другом и излучают гравитационную энергию. Если две черные дыры имеют разные массы и скорости вращения, они излучают более сильные гравитационные волны в одном направлении. Когда они сталкиваются и перестают производить гравитационные волны, новая объединенная черная дыра отступает в направлении противоположном сильнейшим гравитационным волнам и уносится подобно ракете.

Исследователям повезло обнаружить это уникальное событие, потому что не каждое слияние черных дыр создает несбалансированные гравитационные волны, которые выбрасывают черную дыру в противоположном направлении. «Эта асимметрия зависит от таких свойств, как масса и относительная ориентация осей вращения черных дыр перед слиянием. Вот почему эти объекты так редки», – объясняет член команды Колин Норман из Института космического телескопа и Университета Джонса Хопкинса.

Альтернативное объяснение смещения квазара, хотя и маловероятное, предполагает, что яркий объект не находится в пределах галактики. То есть он расположен за галактикой, но изображение «Hubble» создает иллюзию, что квазар находится на том же расстоянии, что и галактика. Если бы это было так, исследователям следовало бы обнаружить еще одну галактику на заднем плане, там, где находится квазар.

Если интерпретация исследователей верна, наблюдения дадут убедительные доказательства того, что сверхмассивные черные дыры действительно могут сливаться. У астрономов есть доказательства столкновения черных дыр звездной массы, но процесс, регулирующий сверхмассивные черные дыры, более сложен и не до конца понятен. Команда надеется снова использовать «Hubble» в сочетании с ALMA и другими обсерваториями, чтобы более точно измерить скорость черной дыры и ее газового диска и получить полное представление о природе причудливого объекта.