Ученые нашли галактику с рекордно легкой "сверхмассивной" черной дырой

Центр карликовой галактики NGC 4395 населяет крайне необычная "сверхмассивная" черная дыра, чья масса оказалась рекордно низкой – она тяжелее Солнца всего в 9-11 тысяч раз. Это ставит под сомнение текущие теории формирования подобных объектов, пишут ученые в журнале Nature Astronomy.

"Мы почти ничего не знаем о том, как ведут себя черные дыры в центрах небольших или карликовых галактик. Более того, мы даже не знаем, существуют ли подобные объекты в этих скоплениях звезд. Их открытие и изучение поможет нам понять, как возникли самые большие черные дыры в первые дни жизни Вселенной", — рассказывает Елена Галло (Elena Gallo) из университета штата Мичиган в Энн-Арборе (США).

Как сегодня считают астрономы, в центре каждой галактики обитает сверхмассивная черная дыра, непрерывно поглощающая раскаленный газ и пыль из диска аккреции, кольцеобразного скопления материи, непосредственно окружающей ее. Часть этого газа и пыли выбрасывается черной дырой в виде джетов, тонких пучков газа, разогнанных почти до скорости света и выделяющих огромные количества энергии в виде света и рентгена.

Астрономы считают, что между массами таких черных дыр и центральных областей галактик, так называемого "балджа", существует прямое соотношение, равное примерно 1/8 или 1/10. Соответственно, невидимый объект в их центре должен быть примерно в 20-100 раз легче, чем весь "звездный мегаполис" в целом.

Недавно ученые обнаружили намеки на то, что это правило не соблюдается для многих галактик, существовавших в первые эпохи жизни Вселенной, а также для некоторых особенно тусклых и небольших карликовых скоплений звезд, скрывающихся в пустоте между Млечным Путем и его ближайшими "соседями".

Галло и ее коллеги подтвердили, что карликовые галактики выбиваются из этого тренда, наблюдая за NGC 4395, самым тусклым квазаром в ближайших окрестностях Млечного Пути. Он представляет собой миниатюрную галактику, расположенную в созвездии Гончих Псов на расстоянии в 11 миллионов световых лет от Земли.

Как показали первые наблюдения за этим объектом, масса этого объекта была всего в 100 миллионов раз выше, чем у Солнца, и при этом в его центре обитала очень небольшая черная дыра, которая была в 400 тысяч раз тяжелее нашего светила.

Эти оценки, как отмечают авторы статьи, были очень предварительными и неточными по трем простым причинам. Низкая яркость NGC 4395, ее небольшие размеры и непонятная форма не позволяли ученым понять, где заканчивается гравитационная "сфера влияния" этой галактики и вычислить скорость движения звезд вокруг ее центра.

Американские астрономы попытались исправить этот недочет, наблюдая не за светилами в NGC 4395, а за излучением, которое порождалось диском аккреции черной дыры. Его, как объясняет Галло, окружает еще один "бублик" из более холодной материи, так называемая область широких спектральных линий, с которым постоянно сталкивается излучение, вырабатываемой разогретой материи "обеда" черной дыры.

Расстояние между ними, как сейчас считают астрономы, напрямую зависит от массы черной дыры – чем она больше, тем шире будет зона пустоты между двумя "бубликами" из газа и пыли. Соответственно, наблюдая за тем, как быстро меняется излучение того и другого объекта, можно вычислить массу невидимого жителя центра NGC 4395 или любой другой галактики с рекордно высокой точностью.

Когда ученые провели первые подобные замеры при помощи дюжины наземных телескопов, их ожидал сюрприз – оказалось, что черная дыра и ее "бублики" в центре карликовой галактики были неожиданно маленькими. Ее масса, по словам Галло, оказалась в 40 раз меньше, чем считали раньше астрофизики, что делает ее самой небольшой сверхмассивной черной дырой, известной ученым.

Подобные оценки, как отмечают исследователи, сближают ее не с типичными обитательницами центров галактик, а с так называемыми "черными дырами промежуточной массы". Подобные объекты сегодня считаются своеобразными "зародышами" сверхмассивных черных дыр, из которых возникли более крупные сингулярности в результате слияний в первые эпохи жизни Вселенной.

Если это действительно так, то черная дыра в центре NGC 4395 должна была остановиться в развитии в далеком прошлом, еще до рождения всех окружающих его светил, и почти не поглощать газа в последующие эпохи. Как надеются астрономы, открытие других подобных черных дыр поможет им проверить, так ли это на самом деле.