Астрономы недавно обнаружили самую массивную пару сверхмассивных черных дыр, когда-либо идентифицированных с помощью архивных данных телескопа Gemini North. Это открытие проливает свет на давнюю загадку, связанную со слиянием этих объектов — событием, предсказанным теоретически, но никогда не наблюдавшимся во Вселенной.
В центре большинства крупных галактик находится сверхмассивная черная дыра. Когда две галактики сливаются, их центральные черные дыры могут сближаться, образуя гравитационно связанную бинарную пару. Хотя предполагается, что эти пары в конце концов сливаются, ни одного случая слияния непосредственно не наблюдалось, что вызвало споры среди астрономов. Исследование, опубликованное международной группой астрономов, проливает новый свет на эту загадку.
Исследователи сосредоточились на бинарной паре, расположенной внутри эллиптической галактики B2 0402+379. Эта пара уникальна тем, что представляет собой единственный пример сверхмассивных черных дыр, чье расстояние между ними можно измерить напрямую, обнаружив невероятно короткое расстояние — всего 24 световых года.
Несмотря на такую близость, свидетельствующую о скором слиянии, данные показывают, что пара остается в таком состоянии уже более трех миллиардов лет, что заставляет задуматься о препятствиях к их слиянию. Для дальнейшего исследования команда использовала данные многообъектного спектрографа Gemini North, чтобы измерить скорость звезд вокруг этих двух черных дыр.
Пара черных дыр с массой 28 миллиардов Солнц
Напомним, что универсальная гравитация Ньютона говорит нам о том, что чем больше масса центрального объекта (в данном случае пары сверхмассивных черных дыр), тем большую гравитационную силу он оказывает на окружающие объекты (например, звезды). Эта большая гравитационная сила приводит к увеличению орбитальных скоростей близлежащих звезд. Измеряя скорость, с которой звезды движутся вокруг черных дыр, астрономы смогли использовать законы физики для расчета массы объекта, оказывающего гравитационное воздействие.
Анализ показал, что совокупная масса пары примерно в 28 миллиардов раз превышает массу Солнца, что делает их самой массивной парой из когда-либо обнаруженных. Эта колоссальная масса дает представление о динамике пары и объясняет, почему слияние так трудно осуществить.
Для слияния осталось недостаточно материи
Исследование предполагает, что образование этой сверхмассивной бинарной пары является результатом слияния нескольких галактик. B2 0402+379 фактически был идентифицирован как «ископаемое скопление», образовавшееся в результате слияния нескольких старых галактик в единое массивное образование. Большая масса черных дыр указывает на то, что во время слияния они, вероятно, поглотили несколько других черных дыр меньшего размера.
Исследователи объясняют, что сверхмассивные черные дыры не сталкиваются непосредственно во время галактического слияния. Вместо этого они вступают в гравитационный танец и постепенно теряют энергию с каждой орбитой за счет взаимодействия с окружающими звездами, пока силы гравитационного излучения не станут доминирующими и не приведут к слиянию.
Однако для этой особенно массивной пары этот процесс, похоже, остановился. Огромное количество звезд и газа, необходимых для сближения черных дыр, похоже, было полностью израсходовано, в результате чего ядро галактики оказалось лишенным материала и не смогло продвинуться к слиянию.
Поэтому будущее этой пары остается неопределенным. Потенциально они могли бы слиться, если бы новое галактическое слияние дало достаточно материала для возобновления процесса, хотя это кажется маловероятным, учитывая статус B2 0402+379 как ископаемого кластера. Исследователи надеются, что дальнейшие исследования позволят получить больше информации о наличии газа в ядре галактики, что может пролить свет на возможность будущего слияния сверхмассивных черных дыр.
Подробности исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
