Вчені «зважили» пару надмасивних чорних дірок

Радіогалактика 0402+379 утворилася в результаті злиття скупчення галактик. Дві надмасивні чорні дірки у її центрі «танцюють» навколо один одного вже кілька мільярдів років. Щоб зрозуміти, що може підштовхнути їх до зближення, вчені вивчили їхній рух і масу.

У центрі майже кожної масивної галактики теоретично знаходиться надмасивна чорна діра. У 2004 році вчені виявили в центрі радіогалактики B2 0402+379, розташованій за 723 мільйони світлових років від нас (червоне зміщення 0,055), два об’єкти. Вони одразу ж висунули припущення, що це подвійна чорна діра. Через кілька років припущення підтвердилося, астрономам навіть вдалося засікти рух двох дірок навколо один одного. Тепер вдалося виміряти їхню масу.

Радіогалактиками називають ті галактики, у яких радіовипромінювання набагато сильніше, ніж у інших галактик. Об’єкт 0402+379 дійсно дуже яскравий. Це потужна еліптична галактика, оточена яскравим рентгенівським гало. За кількістю та сумарною масою зірок ця одинока галактика порівнянна з цілим скупченням.

Такі об’єкти астрономи називають «скупчення-скам’янілості» (fossil clusters), вважаючи, що вони утворилися в результаті злиття галактик одного скупчення. Що стосується надмасивних чорних дірок у центрі, їх злиття хоч і передбачено теоретично, все ж таки малоймовірно і ще жодного разу не зустрічалося астрономам у ході спостережень. Злиття чорних дірок зоряної маси вчені спостерігали вперше у 2015 році — саме за першим в історії спійманим сигналом гравітаційних хвиль GW150914.

Пара надмасивних чорних дірок у центрі 0402+379 — найкомпактніша з тих, що вдалося виміряти безпосередньо. Між об’єктами всього 24 світлові роки. Як показали дослідження, вони витримують цю дистанцію вже понад три мільярди років. Щоб зрозуміти чому, автори нового дослідження досліджували динаміку зірок у центрі цієї галактики. Результати їхньої роботи опубліковані в журналі The Astrophysical Journal.

Зіставивши та проаналізувавши дані спостережень обсерваторій WIYN та «Джеміні», вчені оцінили масу пари надмасивних чорних дірок у 28 мільярдів сонячних мас. Для порівняння: масу чорної діри в центрі Чумацького Шляху оцінюють у 4,3 мільйона сонячних мас. Виходить, пара в центрі 0402 + 379 у 6,5 тисячі разів масивніша. Це робить пару рекордсменом у сучасному Всесвіті, тобто Всесвіті на відстані до мільярда світлових років від нас, де мінімальні ефекти космічної еволюції.

Незважаючи на таку велику масу, ця пара вписується в ряд надмасивних чорних дірок у центрі подібних еліптичних галактик за всіма параметрами та зі збереженням їхньої кореляції, на кшталт кореляції радіуса ядра з масою чорної діри (або дірок, як у цьому випадку).

Зазначимо, що надмасивна чорна діра в надгігантській еліптичній галактиці Holm 15A, теоретично, ще більше — близько 170 мільярдів сонячних мас, згідно з однією з робіт, — але її масу поки що не вдалося виміряти. Тому поки що 0402+379 можна вважати рекордсменом.

Чому ж не злилися ці дірки? Мабуть, не вистачає маси, «танець» пари «очистив» центральну область галактики від зірок. У цьому плані астрономам пощастило.

«Здається, що галактикам і з менш масивними парами чорних дірок вистачає зірок та маси, щоб швидко зблизити пару. Тут пара настільки масивна, що знадобилося б чимало зірок і газу, щоб виконати цю роботу. Але подвійна очистила центральну область галактики від відповідної речовини, що й дозволило нам її вивчити»,— пояснив професор Роджер Романі зі Стенфордського університету, один з авторів нової роботи.