Открыта самая тяжёлая пара чёрных дыр

Чёрная дыра
Сверхмассивная двойная чёрная дыра в эллиптической галактике B2 0402+379. Авторы и права: NOIRLab / NSF / AURA / J. daSilva / M. Zamani.

Астрономы, используя архивные данные телескопа Gemini North, обнаружили двойную сверхмассивную чёрную дыру, находящуюся в эллиптической галактики B2 0402+379.

Пара компактных объектов в центре B2 0402+379 – единственная сверхмассивная двойная чёрная дыра, когда-либо разрешённая достаточно подробно, чтобы можно было увидеть оба объекта по отдельности.

Она является рекордсменом по наименьшему разделению, когда-либо измеренному напрямую – всего 24 световых года.

Хотя такое близкое разделение предвещает мощное слияние, дальнейшее исследование показало, что пара находится на этом расстоянии уже более 3 миллиардов лет, что вызывает вопрос: в чём задержка?

Чтобы лучше понять динамику системы и её остановившееся слияние, профессор Стэнфордского университета Роджер Романи и его коллеги обратились к архивным данным многообъектного спектрографа Gemini (GMOS) компании Gemini North, который позволил им определить скорость звёзд в окрестностях чёрных дыр.

“Отличная чувствительность GMOS позволила нам составить карту увеличения скорости звёзд по мере приближения к центру галактики. Благодаря этому мы смогли сделать вывод об общей массе находящихся там чёрных дыр”, – сказал профессор Романи.

По оценкам авторов, масса двойной системы в 28 миллиардов раз превышает массу Солнца, что делает эту пару самой тяжёлой двойной чёрной дырой, когда-либо измеренной.

Это измерение не только даёт ценный контекст для формирования двойной системы и истории её родительской галактики, но и поддерживает давнюю теорию о том, что масса сверхмассивной двойной чёрной дыры играет ключевую роль в остановке потенциального слияния.

“Архив данных, обслуживающий Международную обсерваторию Джемини, содержит золотую жилу неиспользованных научных открытий”, – сказал доктор Мартин Стилл, директор программы NSF Международной обсерватории Джемини.

Измерения массы этой сверхмассивной двойной чёрной дыры являются впечатляющим примером использования новых исследований, изучающих этот богатый архив.

Понимание того, как образовалась эта двойная система, может помочь предсказать, когда она сольётся, и несколько подсказок указывают на то, что пара образовалась в результате слияния нескольких галактик.

Во-первых, B2 ​​0402+379 представляет собой “ископаемое скопление”, что означает, что оно является результатом слияния звёзд и газа целого скопления галактик в одну массивную галактику.

Чёрные дыры
Компьютерная модель слияния двух сверхмассивных чёрных дыр в центре галактики PG 1302-102. Авторы и права: NASA / CXC / A. HOBART, JOSH BARNES (U. OF HAWAII), JOHN HIBBARD (NRAO).

Кроме того, наличие двух сверхмассивных чёрных дыр в сочетании с их большой совокупной массой позволяет предположить, что они возникли в результате слияния нескольких меньших чёрных дыр из нескольких галактик.

После галактического слияния сверхмассивные чёрные дыры не сталкиваются лоб в лоб. Вместо этого они начинают проноситься мимо друг друга, выходя на связанную орбиту.

При каждом их проходе энергия передаётся от чёрных дыр к окружающим звёздам.

По мере того, как они теряют энергию, пара притягивается всё ближе и ближе, пока они не оказываются друг от друга всего в нескольких световых годах, где гравитационное излучение берёт верх и они сливаются.

Этот процесс непосредственно наблюдался в парах чёрных дыр звёздной массы – первый известный случай был зарегистрирован в 2015 году благодаря обнаружению гравитационных волн – но никогда и в двойных сверхмассивных системах.

Обладая новыми знаниями о чрезвычайно большой массе системы, астрономы пришли к выводу, что для того, чтобы уменьшить орбиту двойной системы, как в наблюдаемой, потребовалось бы исключительно большое количество звёзд.

При этом чёрные дыры, по-видимому, выбросили почти всю материю вокруг себя, оставив ядро ​​галактики без звёзд и газа.

Квазар
Сверхмассивная чёрная дыра, находящаяся в центре далёкой галактики. Авторы и права: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.

Поскольку материала для дальнейшего замедления орбиты пары больше нет, их слияние застопорилось на заключительной стадии.

Преодолеет ли пара свой застой и в конечном итоге сольётся в течение миллионов лет или навсегда останется в орбитальном подвешенном состоянии, ещё предстоит определить.

Если они сольются, возникающие в результате гравитационные волны будут в сто миллионов раз мощнее, чем волны, возникающие в результате слияния чёрных дыр звёздных масс.

Вполне возможно, что пара сможет преодолеть это последнее расстояние посредством ещё одного слияния галактик, которое внедрит в систему дополнительный материал или, возможно, третью чёрную дыру, чтобы замедлить орбиту пары настолько, чтобы она могла слиться.

Однако, учитывая статус B2 0402+379 как ископаемого скопления, новое галактическое слияние маловероятно.

Оставьте комментарий