За последние десятилетия наше представление о черных дырах и их роли в эволюции галактик сильно изменилось. Однако мы по-прежнему знаем о них очень мало.
Недавнее исследование, проведенное Университетом Невады в Лас-Вегасе (UNLV), позволило обнаружить новые доказательства, связывающие бурное космическое событие — слияние двух галактик — с образованием Стрельца А* (Sgr A*), сверхмассивной черной дыры, которую мы сейчас видим в центре Млечного Пути.
Используя передовые симуляции и теоретические модели, а также первую фотографию Стрельца А*, сделанную телескопом Event Horizon Telescope (EHT), исследователи смогли определить отличительные черты этого прошлого слияния и связать их с существованием Стрельца А*.
Это открытие открывает новое окно в понимании того, как образуются черные дыры чрезвычайно большой массы. А также то, какое влияние они оказывают на эволюцию галактик, в которых находятся.
Стрелец А*: «темное» сердце Млечного Пути
Стрелец А* находится на расстоянии 27 тысяч световых лет от Земли и имеет массу, примерно в 4 миллиона раз превышающую массу Солнца. Впервые гипотеза о его существовании была выдвинута в 1970-х годах, когда наблюдения за аномальными движениями звезд в галактическом центре позволили предположить наличие чрезвычайно массивного и компактного объекта. В последующие годы его масса была точно измерена, что подтвердило наличие черной дыры.
12 мая 2022 года было опубликовано первое прямое изображение Стрельца А*, полученное в рамках проекта Event Horizon Telescope (EHT). Несколькими годами ранее EHT сделал первую прямую фотографию сверхмассивной черной дыры M87*.
Сравнение размеров Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, и M87*, в центре галактики M87.
Фотография, полученная с помощью глобальной сети обсерваторий, создавших виртуальный телескоп размером с Землю, стала исторической вехой в понимании Стрельца А* и феномена сверхмассивных черных дыр. Именно эти данные были включены в исследование, проведенное в UNLV.
Первобытное галактическое слияние
Исследование UNLV под руководством ученых Йихана Ванга и Бинга Чжана убедительно доказывает, что сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, Стрелец А*, могла образоваться в результате слияния двух галактик с соответствующими центральными сверхмассивными черными дырами.
Одной из этих галактик был наш Млечный Путь, а другой — Гайя-Энцелад. Предполагается, что их слияние произошло около 9 миллиардов лет назад (хотя недавнее исследование предполагает, что это произошло гораздо раньше, в пределах 3 миллиардов лет). Процесс слияния должен был вызвать серию бурных событий, включая слияние черных дыр в центре двух галактик.
С помощью сложных симуляций исследователи смоделировали последствия этого слияния, рассмотрев различные сценарии, которые соответствуют наблюдаемым спиновым свойствам Стрельца А*. Результаты показывают, что слияние с соотношением масс 4:1 (т.е. одна черная дыра в четыре раза массивнее другой), с сильно наклоненной орбитальной конфигурацией, может воспроизвести спиновые свойства, наблюдаемые EHT.
Этот новый подход, основанный на анализе остаточных структур, оставшихся после слияния, предлагает уникальный взгляд на происхождение сверхмассивных черных дыр и служит доказательством теории иерархического слияния черных дыр.
Это также помогает объяснить, почему в большинстве крупных галактик находятся черные дыры огромной массы. Слияние галактик — распространенный процесс на протяжении всей космической истории, и он может быть одним из основных механизмов формирования и роста этих черных дыр.
Последствия
Это открытие имеет важные последствия для понимания формирования и эволюции галактик и сверхмассивных черных дыр. Если галактические слияния являются ключевым фактором в создании этих космических гигантов, то астрономии, возможно, придется пересмотреть существующие теории галактической динамики.
Кроме того, эти результаты могут дать новые сведения об эволюции ранних галактик и о том, как черные дыры влияют на свое окружение, формируя его структуру.
По словам исследователей, результаты исследования окажут существенное влияние на будущие наблюдения с помощью космических детекторов гравитационных волн, таких как лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA), запуск которой запланирован на 2035 год и которая, как ожидается, обнаружит подобные слияния сверхмассивных черных дыр по всей Вселенной.
Также будет интересно посмотреть, как это исследование согласуется с возможностью того, что слияние Млечного Пути и Энцелада Гайи произошло гораздо раньше, около 2,7 миллиарда лет назад, согласно последним оценкам. Наверняка будущие исследования смогут пролить свет на этот вопрос.
С результатами исследования, опубликованными в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться здесь в препринт-версии.
