Вчені виявили найепічнішу пару надмасивних чорних дір

Було виявлено галактику, розташовану на відстані приблизно 750 мільйонів світлових років від нас, з найбільшою парою надмасивних чорних дір, які ми коли-небудь бачили. Загальна маса цієї пари у 28 мільярдів разів перевищує масу Сонця. Хоча, безперечно, існують окремі чорні діри, які перевищують цю масу, пара, яка ховається в галактиці під назвою B2 0402+379, являє собою найскладнішу подвійну чорну діру, яку ми знайшли.

І вони виявляють кілька дивовижних властивостей, які допомагають астрономам зрозуміти, що відбувається з цим гігантюа, коли вони збираються разом. Зростання чорних дір до надмасивних розмірів — це таємничий процес, примхи якого достеменно невідомі. Маленькі чорні діри утворюються зі зруйнованих ядер масивних зірок, які згоріли через своє атомне паливо і більше не можуть світити. Ці чорні діри зоряної маси можуть рости, стикаючись одна з одною, утворюючи надто масивні об’єкти, щоб утворитися шляхом колапсу ядра.

Має бути якийсь метод, за допомогою якого чорні діри можуть зрости до надмасивних розмірів – у мільйони чи мільярди разів перевищуючи масу Сонця. Здається розумним припустити, що, якщо малі чорні діри можуть стикатися та зливатися, великі також повинні бути здатні на серію ієрархічних злиттів, які врешті-решт створюють гігантські чорні діри, які знаходяться в центрі кожної галактики.

Але, згідно з теорією, є потенційна проблема. Чорні діри в подвійних системах зближуються, втрачаючи свій орбітальний імпульс, передаючи його сусіднім газовим зіркам, які відлітають у невідомі частини, і втрачаючи його у формі гравітаційних хвиль.

У міру того, як орбітальна відстань скорочується, зменшується і область простору, куди вони можуть передавати свою енергію. На відстані близько парсека, або 3,2 світлового року, більше не вистачає місця для подальшої втрати імпульсу, тому розпад орбіти зупиняється та стабілізується. Це відоме як проблема остаточного парсека.

B2 0402+379, на думку групи під керівництвом астрофізика Тірта Сурті зі Стенфордського університету, може бути чудовим прикладом останньої проблеми парсека в дії. Дослідники ретельно вивчили архівні дані, зібрані багатооб’єктним спектрографом Gemini (GMOS) на телескопі Gemini North, і провели новий аналіз, який обчислює властивості та поведінку двох чорних дір, вбудованих у центр B2 0402+. 379.

Їхні результати дають нам масу подвійної системи – 28 мільярдів сонячних мас – і виявляють, що сама галактика є «викопною» скупченням галактик. B2 0402+379 колись була групою звисаючих галактик; зрештою вони злилися разом і стали B2 0402+379.

Подвійна надмасивна чорна діра — це те, що залишилося від скупчення чорних дір, які впали в галактичний центр і залишилися там. Ці дві чорні діри розділені відстанню в 7,3 парсека, або 24 світлових роки. Це не зовсім останній парсек, і це не найщільніша подвійна надмасивна чорна діра, яку ми бачили.

Але що робить це цікавим, так це те, що аналіз команди показує, що розпад орбіти зупинився. Ці чорні діри були розділені такою відстанню на стабільній орбіті близько 3 мільйонів років.

Відкриття вказує на те, що велика маса може зіграти певну роль у остаточній проблемі парсека. Команда вважає, що попередній орбітальний розпад подвійної системи викинув стільки зірок з їх околиць, що тепер просто не залишилося жодної, на яку вони могли б передати свій орбітальний момент. Наразі вони досить добре застрягли.

«Зазвичай здається, що галактики з легшими парами чорних дір мають достатньо зірок і маси, щоб швидко об’єднати їх», — каже астрофізик Роджер Романі зі Стенфордського університету.

«Оскільки ця пара настільки важка, для виконання роботи знадобилося багато зірок і газу. Але подвійна система очистила центральну галактику від такої матерії, залишивши її в глухому куті та доступною для нашого дослідження».

Отже, що відбувається зараз? Ми знаємо, що якимось чином чорні діри можуть перевищувати загальну масу подвійної системи, але ці надмасивні гіганти, здається, досить рідкісні. Ядерна подвійна система B2 0402+379, здається, дуже стабільна, без негайної втрати орбітального моменту.

Він міг би отримати удар у правильному напрямку від ін’єкції матеріалу, який послідував би за іншим галактичним злиттям, посилаючи третю надмасивну чорну діру до групи; але всі галактики, які складали початкове скупчення, вже об’єдналися, щоб утворити B2 0402+379, тож, здається, цього немає на картах.

Однак існує й інша можливість. У галактиці може бути якийсь матеріал, який міг би допомогти союзу, який зайшов у глухий кут.

«Ми з нетерпінням чекаємо подальших досліджень ядра B2 0402+379, де ми подивимось, скільки газу там», — говорить Тірт. «Це повинно дати нам більше розуміння того, чи можуть надмасивні чорні діри врешті-решт злитися, чи вони залишаться на мілині як двійкова система».