Наблюдение «блуждающей» черной дыры выявило спасшийся от слияния галактик объект

Фото из открытых источников

Астрономы предполагают, что в центре всех или почти всех галактик находится сверхмассивная черная дыра. Но происходит ли то же самое с черными дырами при слиянии галактик? Моделирование показывает, что ответ не всегда один из них: иногда одна из двух галактик вырывается из гравитационного поля слившейся галактики и странствует по космосу как изгнанница. Теперь исследовательская группа обнаружила долгожданные доказательства существования сверхмассивной черной дыры с очень небольшим количеством звезд вокруг нее, которая, по-видимому, вырвалась из-под контроля после столкновения галактик.

«Мы не наблюдали ничего подобного буквально ни в одном из 10 000 других объектов, которые мы изучали», — говорит астроном Роберт Стейн из Университета Мэриленда, ведущий автор отчета, описывающего это открытие, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Астрономы долгое время искали признаки завершения слияний галактик, пытаясь обнаружить пары черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. Галактические центры, яркость которых пульсирует с периодами в несколько лет или десятилетий, указывают на существование таких двойных систем, но результаты были неубедительными. Тщательное долгосрочное наблюдение за выгоревшими звездами, называемыми пульсарами, зафиксировало фоновый шум гравитационных волн, распространяющихся в пространстве-времени. Считается, что этот шум является суммарным эффектом слияния пар сверхмассивных черных дыр, движущихся по спирали друг к другу после слияния галактик.

Черные дыры, отколовшиеся от места столкновения галактик, не оставили бы никаких подобных сигналов. Однако существует одно явление, способное выявить присутствие таких «странствующих» черных дыр. Черные дыры по определению не излучают свет, поэтому астрономы должны обнаруживать их косвенными способами, например, через их гравитационное воздействие на близлежащие звезды или свечение газа и пыли, нагревающихся под действием гравитации черной дыры. Если сверхмассивная черная дыра лишена галактического материала, эти методы не работают. Но если черная дыра сохраняет небольшое количество вращающихся вокруг нее звезд, и одна из них приблизится слишком близко, гравитация черной дыры может разорвать ее на части, создав вихрь сверхгорячего материала, который светится достаточно ярко, чтобы его можно было увидеть на большом расстоянии во Вселенной.

В последние годы астрономы зафиксировали до 200 таких событий приливного разрушения (TDE), почти все из которых произошли из-за черных дыр в центрах галактик. Рентгеновские обсерватории обнаружили несколько событий TDE, смещенных относительно центра галактики, что является потенциальным признаком блуждающей черной дыры. Однако было показано, что большинство этих событий происходят в центрах карликовых галактик или звездных скоплений.

Чтобы найти настоящую блуждающую черную дыру, команда Стейна разработала алгоритм машинного обучения для поиска характерной кривой блеска TDE — того, как ее яркость меняется со временем — на основе прошлых наблюдений этих световых явлений и окружающих их галактик. Алгоритм успешно обнаружил TDE в центрах галактик, используя данные с телескопа Zwicky Transient Facility, обзорного телескопа в Калифорнии, поэтому команда решила проверить, сможет ли она найти TDE от блуждающих черных дыр. «Мы переобучили алгоритм так, чтобы он ничего не знал о галактиках-хозяевах… чтобы он смотрел только на свет от самой TDE, а затем мы дали ему волю», — говорит Стейн.

Начиная с августа 2025 года, модифицированный алгоритм обнаружил несколько событий приливного разрушения (TDE) в центрах галактик, прежде чем обнаружил одно прямо за пределами крупной галактики. «Оно явно находилось на краю, где галактику уже невозможно было увидеть», — говорит Стейн. Чтобы убедиться в этом, команда получила оптический спектр объекта, получившего название TDE 2025abcr, используя Южный астрофизический исследовательский телескоп в Чили, а также собрала рентгеновское и ультрафиолетовое излучение с помощью телескопа Swift имени Нила Гехрельса НАСА. Все эти наблюдения «действительно убедили нас в том, что это действительно было событие приливного разрушения», — говорит Стейн.

Кривая блеска TDE указывает на черную дыру массой примерно в 1 миллион раз превышающей массу нашего Солнца, в то время как в близлежащей галактике, вероятно, находится центральная черная дыра массой в 1 миллиард солнечных масс. Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что галактика размером примерно с наш Млечный Путь слилась с гораздо большей галактикой, оставив черную дыру меньшей галактики в холоде.

Одиночество чёрной дыры приносит астрономам огромную пользу. Спустя несколько недель после открытия TDE 2025abcr группа под руководством Кишора Патры из Калифорнийского университета в Санта-Крузе наблюдала за ней с помощью телескопов WM Keck на Гавайях и обсерватории JWST НАСА, чтобы зафиксировать её свечение в оптическом и инфракрасном свете. Обычно свет TDE на этих длинах волн заглушается светом звёзд из окружающей галактики, но поскольку TDE 2025abcr не имеет таких помех, это не проблема. «Впервые мы можем чётко наблюдать собственное инфракрасное излучение от TDE», — говорит Патра. Они обнаружили немного больше инфракрасного излучения, чем ожидалось. Если это сохранится по мере затухания TDE, это может быть признаком разреженной группы звёзд вокруг блуждающей чёрной дыры, возможно, остатка её первоначальной галактики.

Теперь, когда астрономы знают, что могут выслеживать блуждающие черные дыры, они надеются найти гораздо больше среди тысяч событий приливного разрушения, регистрируемых каждый год, с помощью более точных обзоров ночного неба, таких как те, которые недавно начала обсерватория Веры К. Рубин в Чили , или те, которые планируются с помощью космического телескопа Нэнси Грейс Роман НАСА, запуск которого запланирован на ближайшие месяцы. Предстоящий поток событий приливного разрушения станет ключом к пониманию этой недостающей популяции черных дыр. «Они предоставляют возможность получить более полную информацию о черных дырах во Вселенной, — говорит Патра, — проверяя наше понимание того, как растут галактики и черные дыры».