Загадочная чёрная дыра может быть изгнанником родной галактики

Международная группа исследователей, много лет анализирующая данные многих крупных астрономических объектов, обнаружила загадочную чёрную дыру SDSS1133, которая могла быть изгнана из своей родной галактики.

Объект является частью карликовой галактики Маркаряна 177 (Markarian 177), расположенной на расстоянии 90 миллионов световых лет от Земли в созвездии Большой Медведицы. Как правило, сверхмассивные чёрные дыры занимают место в центре, однако SDSS1133 находится как минимум на расстоянии в 2600 световых лет от ядра своей галактики.

Впервые астрономы обнаружили этот загадочный объект ещё 60 лет назад, но тогда им не удалось разобраться в его происхождении.

В июне 2013 года учёные получили снимки высокого разрешения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью десятиметрового телескопа Keck II обсерватории Кека.

"Проанализировав данные, мы обнаружили, что регион SDSS1133 не превышает в размере 40 световых лет в поперечнике, а центр галактики Маркаряна 177 сохраняет свидетельства интенсивного звездообразования и другие особенности, указывающие на недавнее столкновение двух галактик, – рассказывает один из авторов работы Чао-Лин Хун (Chao-Ling Hung) из Гавайского университета. – Скорее всего, это столкновение и выбросило чёрную дыру с её привычного места".

"Мы подозреваем, что видим последствия слияния двух небольших галактик и их центральных чёрных дыр, – продолжает соавтор Лора Блеча (Laura Blecha), сотрудник университета Мэриленда и специалист по слияниям чёрных дыр. – Астрономы уже долгое время ищут такого рода откатные чёрные дыры, но это первое открытие такого рода".

В результате столкновения и слияния двух галактик их формы меняются и начинаются новые процессы звездообразования. Если каждая галактика имеет в центре по сверхмассивной чёрной дыре, то в итоге образуется связанная двоичная пара в центре объединившейся галактики, в конечном счёте дыры просто сливаются воедино.

"Это исследование крайне интересно, – комментирует астроном Дэвид Сандерс (David Sanders) из университета Гавайев. – Как правило, мы видим звездообразование и активность, ставшие результатом слияния галактик и их дыр. Сейчас же мы нашли откатную чёрную дыру, изгнанную из галактики после слияния".

Слияние чёрных дыр высвобождает огромное количество энергии в виде гравитационного излучения (об этом говорится в теории гравитации Эйнштейна – Картана). Волнения в ткани пространства и времени вызывают рябь во всех направлениях от ускоряющихся масс.

Если обе чёрные дыры равны по массе и вращению, их слияние излучает гравитационные волны равномерно во всех направлениях. Но чаще масса и параметры вращения отличаются, что по идее должно привести к одностороннему излучению гравитационных волн, которое параллельно запустит одну из чёрных дыр в противоположном направлении.

Такого "удара" может быть достаточно, чтобы полностью выбросить чёрную дыру из её родной галактики, навсегда отправив её дрейфовать по межгалактическому пространству. Либо же "удар" отправляет объект на вытянутую орбиту. Несмотря на свои перемещения, чёрная дыра будет сохранять любые горячие газы в ловушке вокруг себя и продолжать "сиять" в определённых длинах волн, пока не стянет на себя весь доступный газ. Подобным необычным источником света может быть и SDSS1133.

Астрономы отмечают, что, возможно, они и не правы: ещё рано списывать со счетов и альтернативные версии. Так, SDSS1133 вполне может оказаться останками массивной звезды, уничтоженной в результате взрыва сверхновой (в пользу этой гипотезы говорит то, что излучение объекта за последние 10 лет не изменилось).

Если этот объект не чёрная дыра, то, возможно, он относится к очень необычному типу звёзд — яркая голубая переменная (ЯГП). Эти звёзды — пульсирующие гипергиганты, которые могут светить в миллион раз сильнее чем Солнце и чья масса может составлять до 150 солнечных.

С поверхности звезд данного типа постоянно истекает мощнейший звёздный ветер, который всё время снижает их массу, и потому они окружены массивными туманностями. Эти гипергиганты выбрасывают большие объёмы массы в пространство задолго перед тем, как взорваться. Если SDSS1133 является подобной звездой, то в период с 1950 по 2001 годы она переживала мощнейший выброс вещества, а в 2001 году превратилась в сверхновую.

Возможно также, что она демонстрирует учёным самый длительный период "переменности" из когда-либо наблюдавшихся астрономами. Взаимодействие между выброшенным газом и взрывной волной может объяснить устойчивую яркость объекта в ультрафиолете. Хотя то, что в последнее время яркость только увеличивается, свидетельствует в пользу гипотезы об изгнанной чёрной дыре.

Добавим, что ближайший аналог этого объекта в нашей галактике — массивная бинарная система Эта Киля, которая включает в себя ЯГП, чья масса превышает массу нашего Солнца примерно в 90 раз. Между 1838 и 1845 годами в системе произошёл взрыв и, как следствие, выброс более 10 солнечных масс, что сделало данную ЯГП второй по яркости звездой в небе.

Для того чтобы уточнить происхождение ныне изученного объекта, команда планирует использовать наблюдения ультрафиолетового спектрографа с борта телескопа Hubble в октябре 2015 года. В любом случае, SDSS1133 уже признана учёными достаточно неординарным явлением.

Научная статья о гипотезе выброшенной чёрной дыры была опубликована в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.