1707
Астрономи отримали перші статистичні свідчення того, що надмасивні чорні діри (SMBH) іноді не залишаються спокійно в центрах галактик після злиття, а отримують потужний «удар» і починають рухатися маятникоподібною орбітою. Про це йдеться в роботі, опублікованій у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, на яку звертає увагу Universe Today.
Як чорна діра може «відскочити»
Спостереження показують, що у центрах великих галактик майже завжди є надмасивні чорні діри. Коли галактики зливаються, їхні центральні чорні діри теж зближуються і, зазвичай, зрештою зливаються, випромінюючи потужні гравітаційні хвилі.
Теорія передбачає, що якщо ці хвилі випромінюються нерівномірно в різні боки, то виникає «реактивний» поштовх. Він може надати новоутвореній чорній дірі швидкість від приблизно 360 000 км/год до 3,6 млн км/год. Такої швидкості недостатньо, щоб викинути її з галактики, але вистачає, аби змусити її коливатися через центр галактики, як маятник.
У такої «відскочилої» чорної діри швидкість не стала: вона найбільша поблизу центру галактики і найменша в крайніх точках коливання. Саме ця особливість лягла в основу нового дослідження.
За розрахунками авторів, така чорна діра може зберегти внутрішню частину свого акреційного диска і залишатися активною від 10 до 100 мільйонів років після злиття. У цей час вона спостерігатиметься як квазар — надзвичайно яскраве активне ядро галактики — з характерними кінематичними та просторовими ознаками «відскоку».
Статистика замість окремих кандидатів
Раніше астрономи знаходили окремі об’єкти, які могли бути такими «відскочилими» чорними дірами, але для кожного з них існували альтернативні пояснення. Нова робота відрізняється тим, що замість пошуку одиничних випадків дослідники шукали статистичний слід цілої популяції таких об’єктів.
Команда під керівництвом Бенце Бечі (Bence Bécsy) з Університету Бірмінгема використала 16-й випуск даних огляду Sloan Digital Sky Survey та його каталог квазарів. Квазари — це найяскравіші активні галактичні ядра, де надмасивна чорна діра активно поглинає газ і пил. Висока яскравість робить їх зручними для детального спектроскопічного аналізу.
У роботі було проаналізовано близько 100 000 квазарів. Астрономи шукали кореляцію між двома параметрами: швидкістю чорної діри вздовж променя зору та ступенем пилового затемнення її світла.
Що розповідає світло квазарів
Світло від квазарів несе дві ключові підказки. Перша стосується швидкості. Газ, що щільно обертається навколо чорної діри, утворює так звану область широких ліній (BLR), а газ далі від центру — область вузьких ліній (NLR). Якщо чорна діра «відскочила» і рухається, то BLR рухається разом із нею, тоді як NLR залишається прив’язаною до центру галактики.
Через ефект Доплера спектральні лінії від BLR і NLR будуть зсунуто одна відносно одної. Порівнюючи ці зсуви, дослідники можуть оцінити швидкість руху чорної діри вздовж променя зору.
Друга підказка пов’язана з пилом. Пил поблизу квазара «червоніє» його світло — це явище називають екстинкцією. Чим більше пилу на шляху світла, тим сильніше воно червоніє, і це можна виміряти за допомогою спектроскопії та фотометрії.
Пил найбільш концентрований у центральних областях галактики — саме там, де «відскочила» чорна діра рухається найшвидше. Отже, якщо теорія вірна, то швидші квазари мають бути сильніше затемнені пилом. Саме таку залежність і шукали автори.
Кореляція є, але не остаточний доказ
Результати показали разючу різницю між найсильніше «почервонілими» квазарами та найменш затемненими. Виявилося, що частка пилово-затемнених об’єктів зростає зі швидкістю: у групі найшвидших квазарів частка затемнених приблизно втричі більша, ніж у найповільніших.
Такий тренд природно пояснюється наявністю популяції «відскочилих» надмасивних чорних дір, які швидко рухаються крізь запилений центр галактики. Однак це ще не означає, що всі ці об’єкти — саме такі чорні діри.
Автори наголошують, що існують й інші можливі пояснення: вплив потужних вітрів, геометрія пилового тора, кут, під яким ми бачимо квазар, та інші ефекти також можуть створювати подібну кореляцію. Тому нинішній результат — це статистичний натяк, а не прямий доказ.
Що покаже LISA
Більш переконливі докази можуть з’явитися з запуском космічної обсерваторії гравітаційних хвиль LISA (Laser Interferometer Space Antenna), запланованим на 2035 рік. LISA складатиметься з трьох космічних апаратів, що утворюватимуть рівносторонній трикутник на орбіті навколо Сонця. Лазерні промені між апаратами дозволять реєструвати гравітаційні хвилі в мілігерцовому діапазоні, де очікуються сигнали від злиття надмасивних чорних дір.
Якщо нинішня інтерпретація вірна, це означатиме, що в значній частині квазарів відносно недавно відбулося злиття двох надмасивних чорних дір. Тоді такі події мають бути досить поширеними, а LISA зможе зареєструвати їх у великій кількості, безпосередньо підтвердивши існування «відскочилих» чорних дір.
Астрономи знаходять статистичні сліди «відскакуючих» чорних дір з’явилася спочатку на Цікавості.
