Тайна, окружающая местонахождение сверхмассивной черной дыры, углубилась. Несмотря на поиски с помощью рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" и космического телескопа "Хаббл", астрономы не имеют никаких доказательств того, что где-то можно найти далекую черную дыру, масса которой, по оценкам, составляет от 3 до 100 миллиардов масс Солнца.

Эта пропавшая черная дыра должна находиться в огромной галактике в центре скопления галактик Abell 2261, которое расположено примерно в 2,7 миллиарда световых лет от Земли. Это составное изображение Abell 2261 содержит оптические данные от Хаббла и телескопа Subaru, показывающие галактики в скоплении и на заднем плане, а также рентгеновские данные Chandra, показывающие горячий газ (окрашенный в розовый цвет), пронизывающий скопление. В середине изображения изображена большая эллиптическая галактика в центре скопления.

Почти каждая большая галактика во Вселенной содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. Поскольку масса центральной черной дыры обычно совпадает с массой самой галактики, астрономы ожидают, что галактика в центре Abell 2261 содержит сверхмассивную черную дыру, которая соперничает по весу с некоторыми из самых больших известных черных дыр во Вселенной.

Используя данные Чандры, полученные в 1999 и 2004 годах, астрономы уже искали в центре большой центральной галактики Abell 2261 признаки сверхмассивной черной дыры. Они искали материал, который был перегрет, когда он падал к черной дыре и производил рентгеновские лучи, но не обнаружили такого источника.

Теперь, с новыми, более продолжительными наблюдениями Чандры, полученными в 2018 году, команда во главе с Кайханом Гултекином из Мичиганского университета в Энн-Арборе провела более глубокий поиск черной дыры в центре галактики. Они также рассматривали альтернативное объяснение, в котором черная дыра была выброшена из центра галактики-хозяина. Это сильное событие, возможно, произошло в результате слияния двух галактик, чтобы сформировать наблюдаемую галактику, сопровождаемое центральной черной дырой в каждой галактике, сливающейся, чтобы сформировать одну огромную черную дыру.

Когда черные дыры сливаются, они создают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами. Если бы огромное количество гравитационных волн, генерируемых таким событием, было сильнее в одном направлении, чем в другом, теория предсказывает, что новая, еще более массивная черная дыра была бы отправлена прочь от центра галактики в противоположном направлении. Это называется отскакивающей черной дырой.

Астрономы не нашли убедительных доказательств того, что черные дыры могут отскакивать друг от друга, и неизвестно, могут ли сверхмассивные черные дыры даже приблизиться друг к другу настолько, чтобы произвести гравитационные волны и слиться; до сих пор астрономы только проверили слияния гораздо меньших черных дыр. Обнаружение отскакивающих сверхмассивных черных дыр придало бы смелости ученым, использующим и разрабатывающим обсерватории для поиска гравитационных волн от слияния сверхмассивных черных дыр.

Галактика в центре Abell 2261-отличное скопление для поиска отскакивающей черной дыры, потому что есть два косвенных признака того, что могло произойти слияние двух массивных черных дыр. Во—первых, данные оптических наблюдений Хаббла и Субару показывают галактическое ядро—центральную область, где число звезд в галактике в данном участке галактики находится на уровне или близко к максимальному значению, - которое намного больше, чем ожидалось для галактики такого размера. Второй признак заключается в том, что самая плотная концентрация звезд в галактике находится на расстоянии более 2000 световых лет от центра галактики, что поразительно далеко.

Эти особенности были впервые идентифицированы Марком Постманом из Института космических телескопов (STScI) и его коллегами на более ранних снимках Хаббла и Субару и привели их к идее слияния черной дыры в Abell 2261. Во время слияния сверхмассивная черная дыра в каждой галактике опускается к центру вновь образовавшейся галактики. Если они будут связаны друг с другом гравитацией и их орбита начнет сжиматься, ожидается, что черные дыры будут взаимодействовать с окружающими звездами и выбрасывать их из центра галактики. Это объясняет большое ядро Abell 2261. Смещенная от центра концентрация звезд также могла быть вызвана сильным событием, таким как слияние двух сверхмассивных черных дыр и последующая отдача одной, более крупной черной дыры.

Даже несмотря на то, что есть признаки того, что произошло слияние черных дыр, ни данные Чандры, ни данные Хаббла не показали доказательств существования самой черной дыры. Гултекин и большинство его соавторов во главе с Сарой Берк-Сполаор из Университета Западной Вирджинии ранее использовали Хаббл для поиска скопления звезд, которые могли быть унесены отступающей черной дырой. Они изучили три скопления вблизи центра галактики и выяснили, достаточно ли высоко движение звезд в этих скоплениях, чтобы предположить, что они содержат черную дыру массой в десять миллиардов солнечных масс. В двух скоплениях не было обнаружено четких признаков черной дыры, а звезды в другом были слишком тусклыми, чтобы сделать полезные выводы.

Они также ранее изучали наблюдения Abell 2261 с очень большим массивом NSF Карла г. Янского. Радиоизлучение, обнаруженное вблизи центра галактики, показало, что сверхмассивная активность черной дыры произошла там 50 миллионов лет назад, но не указывает на то, что центр галактики в настоящее время содержит такую черную дыру.

Затем они повернулись к Чандре, чтобы найти материал, который был перегрет и произвел рентгеновские лучи, когда он упал на черную дыру. Хотя данные Чандры действительно показали, что самый плотный горячий газ не находится в центре галактики, они не выявили никаких возможных рентгеновских сигнатур растущей сверхмассивной черной дыры-ни в центре скопления, ни в любом из скоплений звезд, ни в месте радиоизлучения не было обнаружено источника рентгеновского излучения.

Авторы пришли к выводу, что либо черной дыры нет ни в одном из этих мест, либо она втягивает материал слишком медленно, чтобы произвести обнаружимый рентгеновский сигнал.

Таким образом, тайна расположения этой гигантской черной дыры продолжается. Хотя поиски не увенчались успехом, у астрономов, ищущих эту сверхмассивную черную дыру в будущем, остается надежда. После запуска космический телескоп Джеймса Уэбба может обнаружить присутствие сверхмассивной черной дыры в центре галактики или одного из скоплений звезд. Если Уэбб не может найти черную дыру, то лучшим объяснением будет то, что черная дыра откатилась далеко от центра галактики.

Статья, описывающая эти результаты, была принята к публикации в журнале Американского астрономического общества, а также доступна в интернете по адресу: arxiv.org/abs/2010.13980 .

ИСТОЧНИК