Крошечная галактика имеет необычно большую черную дыру, и ученые не знают почему

Крошечная галактика, вращающаяся вокруг Млечного Пути под названием Leo I, может таить в себе огромный секрет.

Согласно новому анализу, в центральной области Льва I находится абсолютно чудовищная сверхмассивная черная дыра по сравнению с массой галактики. Сама галактика примерно в 20 миллионов раз больше массы Солнца. Масса черной дыры составляет около 3,3 миллиона солнечных масс - около 16 процентов от общей массы галактики.

Хотя существует большая погрешность, результат все равно является большим сюрпризом. Эта масса в 3,3 миллиона солнечных масс очень близка к массе Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Масса Sgr A* составляет около 4 миллионов солнечных масс, а по последним расчетам масса Млечного Пути составляет около 1,3 триллиона солнечных масс.

Это совершенно ошеломляющая разница в соотношении масс. Возможное присутствие такой большой черной дыры в такой маленькой галактике удивительно, поскольку мы считали, что у нас есть довольно надежные правила для соотношения центральной черной дыры и ее галактики. Но если это подтвердится, то это может рассказать нам что-то новое о том, как растут и эволюционируют галактики и сверхмассивные черные дыры в их центрах.

"Такая большая масса черной дыры во Льве I значительна во многих отношениях", - пишут исследователи в своей статье.

"Это первое обнаружение черной дыры в карликовой сфероидальной галактике с использованием пространственно разрешенной кинематики, она имеет массу, сходную с общей звездной массой системы, и ее масса сопоставима с массой черной дыры в центре Млечного Пути".

В пространстве вокруг Млечного Пути (и вокруг других галактик тоже) существует целый рой карликовых галактик, некоторые из которых находятся в процессе столкновения с другой галактикой и поглощения ею. Считается, что это важный способ, благодаря которому галактики постепенно увеличиваются в размерах с течением времени.

Но не все карликовые галактики построены одинаково, и их изучение может помочь нам понять разнообразие галактик и то, как формируются эти объекты.

Лев I, расположенный на расстоянии около 820 000 световых лет от Земли, является одним из таких потенциальных выбросов. В отличие от большинства спутников Млечного Пути, в нем обнаружено мало темной материи - непосредственно необнаруживаемого гравитационного клея, который связывает Вселенную.

Хотя мы не можем исследовать темную материю напрямую, мы можем измерить ее по влиянию, которое она оказывает на то, что мы можем обнаружить. Например, звезды вращаются вокруг своих галактик быстрее, чем они должны были бы, если бы на них влияла только обнаруживаемая материя.

Астрономы из обсерватории Макдональда Техасского университета в Остине хотели изучить профиль темной материи Льва I, или то, как меняется плотность темной материи от центра галактики к ее окраинам.

Они провели новые наблюдения Льва I с помощью телескопа Харлана Дж. Смита в обсерватории Макдональд, а затем ввели эти данные и сложные модели галактики в суперкомпьютер для анализа. Результаты показали, что в галактическом центре должна скрываться сверхмассивная черная дыра.

"Модели кричат о том, что в центре должна быть черная дыра; на самом деле вам не нужно много темной материи", - сказал астроном Карл Гебхардт из UT Austin.

"У вас есть очень маленькая галактика, которая падает на Млечный Путь, и ее черная дыра примерно такой же массы, как и Млечный Путь. Соотношение масс абсолютно огромное. Млечный Путь доминирует; черная дыра Льва I почти сопоставима".

В работе команды было показано, что предыдущие измерения орбитальных скоростей звезд во Льве I показали сильное смещение в сторону более медленных звезд; именно поэтому предыдущие расчеты могли упустить такую огромную массу. Поскольку новое исследование утверждает, что у него нет такого смещения, оно смогло найти то, что другие упустили.

Но и этот результат не является беспрецедентным.

В 2014 году в карликовой галактике с общей массой 140 миллионов солнечных масс была обнаружена сверхмассивная блочная дыра массой 21 миллион солнечных масс - около 15 процентов от общей галактической массы. Затем, в 2017 году, были обнаружены еще две карликовые галактики с черными дырами в 4,4 миллиона и 5,8 миллиона солнечных масс - 13 и 18 процентов масс галактик-хозяев, соответственно.

Таким образом, хотя в настоящее время у нас "нет объяснения такому виду черных дыр в карликовых сфероидальных галактиках", по словам астронома из UT Austin Марии Хосе Бустаманте, возможно, на самом деле это довольно распространенное явление.

И это может помочь объяснить, как сверхмассивные черные дыры становятся такими сверхмассивными". Когда две галактики сливаются, в конечном итоге их сверхмассивные черные дыры тоже должны слиться. Это означает, что карликовые галактики могут питать черные дыры огромных галактик.

"Если масса черной дыры Льва I велика, это может объяснить, как черные дыры растут в массивных галактиках", - сказал Гебхардт.

Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.