Черная дыра-беглец: ученые нашли сверхмассивный объект, выброшенный из родной галактики

Астрономы сделали открытие, которое меняет представления о судьбе самых массивных объектов во Вселенной. Сверхмассивная черная дыра RBH-1 оказалась не в центре галактики, как это обычно бывает, а в межгалактическом пространстве — на огромном расстоянии от своей родной системы. Ученые считают, что объект был выброшен после сложного гравитационного взаимодействия, возникшего в результате столкновения галактик.

Исследование провела группа специалистов из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. Для анализа ученые использовали данные космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», которые позволили рассмотреть удаленную область Вселенной на расстоянии около 7,5 млрд световых лет от Земли.

Таинственный след длиной более 200 тысяч световых лет

Первоначально объект привлек внимание исследователей необычной структурой, которая выглядела как длинная светящаяся линия на изображениях. Ее протяженность превышает 202 тыс. световых лет — это почти вдвое больше диаметра Млечного Пути.

Сначала ученые предположили, что необычная полоса может быть артефактом съемки или ошибкой обработки данных. Однако повторный анализ показал: структура связана с движением массивного космического объекта.

На одном из концов этого гигантского следа находилась RBH-1 — сверхмассивная черная дыра, которая перемещается сквозь пространство со скоростью около 1000 километров в секунду.

По мнению астрономов, за черной дырой остается своеобразный «шлейф» из газа, в котором формируются новые звезды. Это крайне редкое явление: обычно сверхмассивные черные дыры находятся в центральных областях галактик и практически неподвижны относительно их масштабов.

Как черная дыра могла покинуть галактику

Большинство известных сверхмассивных черных дыр располагаются в ядрах галактик. Например, в центре Млечного Пути находится объект Стрелец A*. Однако RBH-1 стала одним из немногих подтвержденных случаев, когда подобный объект оказался выброшен далеко за пределы своей родной системы.

Чтобы выяснить происхождение космического «изгоя», ученые провели масштабное компьютерное моделирование. Они проанализировали сотни тысяч возможных сценариев столкновения и слияния черных дыр.

Расчеты показали, что RBH-1 появилась примерно 7,5 млрд лет назад после взаимодействия двух сверхмассивных черных дыр. Их массы были относительно близкими: разница между ними не превышала шестикратного значения.

Кроме того, обе черные дыры обладали высокой скоростью вращения, причем их оси вращения были направлены в разные стороны. Именно это сочетание факторов могло привести к мощному гравитационному «удару», который буквально вытолкнул объединенный объект из центра галактики.

Галактическое столкновение с космическим катапультированием

Сценарий, восстановленный исследователями, напоминает космическую катастрофу огромного масштаба.

Сначала произошло столкновение двух галактик. В центре каждой из них находилась собственная сверхмассивная черная дыра. После объединения галактик два объекта начали сближаться, вращаясь вокруг общего центра масс.

Примерно через 70 млн лет после слияния галактик произошло окончательное объединение черных дыр. Во время этого процесса часть энергии гравитационного взаимодействия была преобразована в импульс движения. В результате новая сверхмассивная черная дыра получила такой мощный толчок, что была выброшена из центра галактики.

Следы древнего столкновения сохранились в галактике GX — системе, которая стала своеобразным «местом преступления» космического масштаба.

Редкое явление во Вселенной

Согласно расчетам, сверхмассивная черная дыра может быть выброшена из своей галактики примерно в 5–10% случаев слияния галактик.

Однако обнаружить такие объекты чрезвычайно сложно. Черные дыры сами по себе не излучают свет, поскольку их гравитация настолько сильна, что даже фотоны не могут покинуть их поверхность. Ученые могут наблюдать их только по воздействию на окружающее вещество.

В случае RBH-1 ключом стал необычный след из молодых звезд. Он позволил исследователям определить направление движения объекта и восстановить его историю.

Открытие также подтверждает важную роль гравитационных взаимодействий в эволюции галактик. Столкновения галактик происходят во Вселенной регулярно, и каждый такой процесс может менять структуру целых звездных систем.

Новая возможность изучать гравитационные волны

Исследование RBH-1 имеет значение не только для изучения черных дыр, но и для понимания природы гравитационных волн.

При слиянии сверхмассивных черных дыр возникают колебания пространства-времени. Такие сигналы отличаются от тех, которые фиксируют современные наземные детекторы, поскольку относятся к более низкому частотному диапазону.

В будущем ученые рассчитывают изучать подобные события с помощью космической обсерватории LISA. Аппарат должен будет улавливать слабые колебания пространства-времени, возникающие при столкновениях сверхмассивных черных дыр.

Открытие RBH-1 показывает, что Вселенная остается гораздо более динамичной и непредсказуемой, чем предполагалось ранее. Даже самые тяжелые объекты, которые принято считать неподвижными центрами галактик, могут однажды сорваться с места и отправиться в одиночное путешествие через космическую пустоту.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что звёзды переживают повторные сближения со сверхмассивными чёрными дырами