2107
У 2022 році астрономи помітили вдалині від Землі дивну структуру: тонку лінію завдовжки понад 202 тисячі світлових років, що тягнеться від галактики на відстані близько 7,5 мільярда світлових років. Наприкінці цієї лінії рухався об’єкт без видимих зірок, який летів крізь міжгалактичний простір майже зі швидкістю 1 000 км/с і запускав народження нових зірок у своєму сліді. Команда назвала його RBH-1 і припустила, що це надмасивна чорна діра, викинута зі своєї галактики. Нове дослідження, описане на Universe Today, показало, що саме злиття чорних дір стало причиною цього «втечі».
Як знайшли джерело «втікачки» RBH-1
Міжнародна команда під керівництвом астрономів з Університету Каліфорнії в Санта-Барбарі (UCSB) вивчила RBH-1, використовуючи дані космічних телескопів «Габбл» і «Джеймс Вебб». Це дозволило простежити траєкторію надмасивної чорної діри назад до її галактики-джерела та з’ясувати, що її викинуло саме злиття двох чорних дір.
Спершу тонку лінію на зображеннях «Габбла» навіть вважали артефактом камери. Однак подальші спектроскопічні спостереження показали, що це не помилка, а ланцюжок молодих блакитних зір завдовжки близько 200 тисяч світлових років, який веде назад до галактики. У хвості RBH-1 газ стискається, і з нього формуються нові зорі — своєрідний «контрейл» за чорної дірою.
Моделювання злиття чорних дір
Команда під керівництвом Тусіфа Іслама (Tousif Islam) з Інституту теоретичної фізики Кавлі при UCSB змоделювала сотні тисяч можливих пар чорних дір, які могли б злитись і утворити RBH-1. Для кожної гіпотетичної пари вони обчислювали «віддачу» — швидкість, з якою нова чорна діра могла б бути викинута внаслідок злиття.
Далі вчені відкинули всі варіанти, що не відповідали спостережуваній швидкості RBH-1. Залишилися сценарії, де дві батьківські чорні діри мали подібні маси: одна була не більш як у шість разів масивніша за іншу. Обидві, за висновками дослідників, дуже швидко оберталися, причому їхні осі обертання були зміщені одна відносно одної.
Особливо екстремальною виявилася важча чорна діра: її швидкість обертання становила приблизно 70–75% максимально можливої, дозволеної загальною теорією відносності. До того ж її вісь обертання була нахилена й «хиталася». Саме така конфігурація, за розрахунками, могла створити настільки потужний гравітаційний «удар», що новоутворену надмасивну чорну діру буквально викинуло з галактики.
Співавтор дослідження, фізик Теджасві Венумадгав (Tejaswi Venumadhav), визнав, що спершу ці параметри здавалися надто екстремальними, але саме вони найкраще пояснюють вражаючу структуру, яку бачать телескопи.
Що це говорить про еволюцію галактик і чорних дір
Спостереження телескопа «Джеймс Вебб» раніше показали, що масивні чорні діри з’явилися в ранньому Всесвіті досить швидко — менш ніж за мільярд років після Великого вибуху. До моменту, коли 7,5 мільярда років тому сформувалася RBH-1, сусідні галактики вже мали надмасивні чорні діри, що виросли шляхом злиття та акреції.
Автори роботи припускають, що подія, яка створила RBH-1, була наслідком злиття двох галактик приблизно 70 мільйонів років до того. У центрах цих галактик і перебували дві чорні діри-попередниці. За їхніми обертаннями команда зробила висновок, що обертання самих галактик також були неузгодженими, а одна з них була більшою за іншу. Галактика, яку дослідники позначили як GX, досі зберігає сліди цього давнього злиття.
Гравітаційні хвилі та рідкісні «втечі» чорних дір
Упродовж понад десятиліття астрофізики вивчають гравітаційні хвилі — ряб на просторі-часі, які виникають під час злиття масивних об’єктів. Загальна теорія відносності передбачає, що якщо чорні діри в парі мають різні маси або спіни, випромінювання гравітаційних хвиль може бути асиметричним. У такому разі новоутворена чорна діра отримує «поштовх» і може вилетіти з центру галактики.
Розрахунки показують, що приблизно у 5–10% злиттів галактик надмасивна чорна діра, яка утворюється, може бути викинута. Теоретично такі події передбачали й раніше, але випадок з RBH-1 — перший, де вчені фактично спостерігають наслідки такого процесу в дії.
Це відкриття має важливе значення для майбутніх досліджень, які поєднуватимуть фізику гравітаційних хвиль і злиття галактик. Надмасивні чорні діри випромінюють гравітаційні хвилі на значно нижчих частотах, ніж зоряні або проміжні чорні діри, тому їх складніше виявити сучасними детекторами.
Учені покладають великі надії на майбутню космічну обсерваторію LISA (Laser Interferometer Space Antenna), яка буде достатньо великою та чутливою, щоб реєструвати такі низькочастотні сигнали. У поєднанні з високою чутливістю спостережень «Джеймса Вебба» це дасть змогу краще зрозуміти, як надмасивні чорні діри народжуються, зливаються та іноді вириваються з власних галактик.
Фізики з’ясували причину втечі надмасивної чорної діри з’явилася спочатку на Цікавості.
