Ученые выяснили, как черная дыра может быть выброшена во Вселенную

Фото из открытых источников

Столкновение двух сверхмассивных черных дыр может создать еще одну сверхмассивную черную дыру, которая отбрасывается назад с такой высокой скоростью, что вылетает за пределы своей галактики. Хотя это происходит лишь в редких случаях, это объясняет недавнее возможное наблюдение такой убегающей черной дыры. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В 2023 году исследователи заметили тонкую, линейно-образную форму на изображении, полученном космическим телескопом «Хаббл» на участке космоса примерно в 7,5 миллиардах световых лет от Земли. На основе дальнейшего анализа, включая изображения с космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) и изучения света этой линии, Питер ван Доккум и его коллеги пришли к выводу, что эта линия является следствием невиданного ранее космического события — сверхмассивной черной дыры, вылетающей из галактики на сверхзвуковых скоростях и оставляющей за собой цепочку молодых звезд.

Не все согласны с этим анализом, но Тусиф Ислам из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и его коллеги выяснили, что необходимо для такого поведения сверхмассивной чёрной дыры.

Основываясь на наблюдениях и крупномасштабных симуляциях Вселенной, команда создала математическую модель, которая позволяет взять идею и свойства убегающей чёрной дыры (УЧД) и раскрыть историю её происхождения. «Это похоже на анализ ископаемых: мы работаем в обратном направлении, чтобы увидеть, как выглядело прошлое», — говорит член команды Дигвиджай Вадекар из Техасского университета в Остине.

Команда обнаружила, что УЧД, подобная той, что была предложена ван Доккумом и его коллегами, имела бы две родительские сверхмассивные чёрные дыры, одна из которых быстро вращалась и была в шесть раз массивнее другой. Они бы бурно слились около 70 миллионов лет назад, создав убегающую УЧД.

«Когда мы проводим моделирование слияний двойных черных дыр… почти всегда происходит отдача, но в большинстве случаев она гораздо меньше», — говорит Ислам. Команда подсчитала, что достаточно сильная отдача, соответствующая предполагаемой убегающей черной дыре, может произойти менее чем в 10 процентах слияний черных дыр.

«С математической точки зрения это очень интересно, потому что физический механизм образования убегающей сверхмассивной черной дыры существует. Однако вероятность того, что это произойдет в реальности, очень низка», — говорит Хорхе Санчес Альмейда из Института астрофизики Канарских островов в Испании.

С 2023 года он и его коллеги выступают за менее экзотическую интерпретацию исходных изображений. Согласно их анализу, линия представляет собой галактику, полную областей звездообразования, наблюдаемую с ребра.

Анализ света от этих областей — сложная задача, и его легко можно принять за следствие быстро движущейся убегающей черной дыры, говорит Санчес Альмейда. Он говорит, что несколько других измерений согласуются с интерпретацией галактики как находящейся на ребре, включая соотношение между массой звезд и их скоростью вращения, которое соответствует соотношению Талли-Фишера, известному признаку дискообразной галактики.

Однако команда настаивает на версии о радиальной черной дыре. «Существуют конкурирующие объяснения, и это кажется наименее неблагоприятным, или, можно сказать, наиболее благоприятным», — говорит Вадекар. Ислам говорит, что узнал о радиальной черной дыре, когда в его университете проходила конференция о черных дырах, и именно разговоры с астрономами убедили его в том, что ее существование и прошлое заслуживают изучения.

Этот спор может быть разрешен будущими наблюдениями. Санчес Альмейда говорит, что телескоп JWST уже обладает возможностью более детального изображения этой области космоса и однозначно идентифицировать галактику, находящуюся на ребре. По словам Ислама, команда хочет использовать свою модель для прогнозирования гравитационных волн, которые могли бы возникнуть в результате слияния родительских чёрных дыр и которые могли бы быть обнаружены с помощью таких современных приборов, как космический лазерный интерферометр (LISA).