Астрономы зафиксировали сверхмассивную черную дыру, «выброшенную» из своей галактики

Сверхмассивные черные дыры обычно гнездятся в сердцах галактик. Впервые группа астрономов заметила одного из этих космических монстров, блуждающего в одиночестве в космосе. Эта черная дыра размером с 20 миллионов солнц движется с большой скоростью, волоча за собой след из молодых звезд. Это открытие может стать первым наблюдательным свидетельством того, что сверхмассивные черные дыры могут быть выброшены из галактики-хозяина.

Большинство крупных галактик, включая Млечный Путь, имеют в своем центре сверхмассивную черную дыру. Однако иногда сверхмассивная черная дыра может «сбежать» от своего носителя, например, при слиянии галактик. В этом случае черные дыры из каждой галактики образуют новую бинарную систему, которая может существовать до миллиарда лет. А если к этому дуэту присоединяется третья сверхмассивная черная дыра, прежде чем они станут единым целым, то ее вторжение в систему может буквально выбросить одну из них в космос.

Даже в отсутствие этого внешнего возмущающего фактора простое слияние двух сверхмассивных черных дыр двойной системы может создать импульс, необходимый для выброса образовавшейся черной дыры за пределы ее галактики. Скорость выброса зависит от многих параметров; но в любом случае скорость сверхмассивной черной дыры может превышать скорость убегания родительской галактики, объясняют исследователи. Однако идентифицировать такие беглые черные дыры особенно трудно, потому что не очевидно, являются ли они «голыми» черными дырами или ядрами сливающихся галактик.

Возможно, одна «деталь» поможет изменить ситуацию: взаимодействие сверхмассивной черной дыры с окологалактической средой может привести к образованию за ней следа из газа и молодых звезд. Группа астрономов объявила, что впервые наблюдала «чрезвычайно узкую линейную особенность, которая может быть примером такого следа». Они сделали это открытие совершенно случайно, во время наблюдения с помощью телескопа «Хаббл» за карликовой галактикой RCP 28, расположенной на расстоянии около 7,5 миллиарда световых лет от Земли.

Дальнейшие наблюдения с помощью телескопа обсерватории Кека на Гавайях выявили в этом ярком следе «смесь звездообразования и быстрых ударов». След простирается на 62 кпк (около 202 000 световых лет) от ядра галактики, где должна находиться сверхмассивная черная дыра. «Соотношения линий, цвета и общая морфология согласуются с тем, что выброшенная сверхмассивная черная дыра движется через окологалактическую среду с высокой скоростью, вызывая звездообразование«, — заключает команда в своей препринтной статье.

Световой след ведет к вероятной черной дыре, масса которой оценивается в 20 миллионов солнечных масс. По мнению исследователей, «выброс» произошел около 39 миллионов лет назад. С тех пор черная дыра удаляется от своей галактики-хозяина со скоростью около 1600 км/с. Такие «убегающие» черные дыры были предсказаны 50 лет назад, но никогда не наблюдались с уверенностью — хотя теоретики ожидают, что они будут происходить довольно часто.

Выброс, вероятно, вызван взаимодействием трех тел.

Исследователи отмечают, что этот световой след можно интерпретировать по-разному: действительно, тонкие, прямые оптические особенности, простирающиеся на несколько десятков кпк, уже наблюдались в различных контекстах. Команда упоминает «прямые дуги», приливные эффекты, «сверхтонкие» галактики или обломки смещенных карликовых галактик. Но после проверки ни одно из этих объяснений не совместилось с наблюдаемым набором особенностей.

Это может быть и астрофизический джет: активные сверхмассивные черные дыры часто выбрасывают струи вещества с высокой скоростью, создавая похожие световые следы. И в этом случае гипотеза была быстро отвергнута. Астрофизические струи ослабевают по мере удаления от своего источника, но здесь наблюдается обратное: «хвост» этой вероятной сверхмассивной черной дыры, похоже, усиливается по мере удаления от точки происхождения. Морфология следа также не совпадает: астрофизические струи обычно расходятся веером, в то время как этот след остается линейным.

В заключение следует отметить, что гипотеза о сверхмассивной черной дыре, выброшенной из своей галактики, остается наиболее правдоподобным сценарием: она вырвалась, сжимая окружающий окологалактический газ, что вызвало образование звезд в ее следе. Если это подтвердится, то это будет первым четким доказательством того, что сверхмассивные черные дыры могут выбрасываться из своих галактик. Для подтверждения присутствия черной дыры в конце светового следа необходимы дальнейшие наблюдения.

Следующим шагом будет понять, что вызвало побег этой гигантской черной дыры. Питер ван Доккум, профессор физики и астрономии Йельского университета и первый автор исследования, сказал, что наиболее вероятным сценарием здесь является встреча двойной системы с третьей черной дырой.