Блуждающая сверхмассивная чёрная дыра разорвала звезду вдали от галактического центра

Международная исследовательская группа под руководством Микеле Гуоло из Университета Джонса Хопкинса проанализировала событие приливного разрушения звезды AT2024tvd и пришла к выводу, что его вызвала блуждающая сверхмассивная чёрная дыра. Этот объект путешествует вне ядра своей галактики, где обычно находят такие чёрные дыры, что подтверждает существование таких «изгнанников». Открытие поможет понять, как галактики растут, сливаются и теряют свои ядра.

Сверхмассивные чёрные дыры обычно расположены в самом центре галактик. Там их масса может достигать миллионов и миллиардов масс Солнца. Теоретические модели, однако, предсказывали существование блуждающих сверхмассивных чёрных дыр — объектов, которые по разным причинам оказываются вдали от галактического центра. Они могут возникать в результате слияния галактик, когда одна из центральных чёрных дыр оказывается далеко от сердца новой объединённой галактики, либо после того, как небольшую галактику почти полностью поглотила более крупная. Найти такие объекты — большая удача, ведь сами по себе они почти не излучают свет.

Событие приливного разрушения звезды происходит, когда светило проходит слишком близко к чёрной дыре и его разрывает приливными силами. Часть звезды формирует аккреционный диск, который на некоторое время становится очень ярким источником ультрафиолетового, оптического и рентгеновского излучения. Именно такие события позволяют находить даже «спящие» чёрные дыры. Объединив наблюдения в рентгеновском диапазоне и данные ультрафиолетовых и оптических телескопов, астрономы составили более реалистичную модель аккреционного диска. Она учитывает эффекты общей теории относительности и процессы рассеяния излучения близ чёрной дыры. Подход позволил воспроизвести наблюдаемое излучение практически без расхождений и оценить свойства объекта.

Расчёты показали, что масса чёрной дыры составляет примерно один миллион масс Солнца. То есть объект представляет собой не промежуточную чёрную дыру, как предполагалось, а блуждающего космического «монстра». Поиск её «дома» тоже оказался интригующим: рядом не нашли ни звёздного скопления, ни карликовой галактики, способных объяснить происхождение объекта. Если остатки галактики и существуют, их масса не превышает примерно 40 миллионов солнечных масс, что делает систему необычной: сама чёрная дыра составляет более трёх процентов массы возможной галактики-хозяйки. Для сравнения, в большинстве известных галактик доля массы центральной чёрной дыры значительно меньше.

Вероятнее всего, блуждающая сверхмассивная чёрная дыра когда-то находилась в центре небольшой галактики, которую почти полностью разрушили приливные силы более массивной соседней системы. Затем ядро практически лишилось звёзд, а космический «монстр» остался без дома. Этот сценарий хорошо согласуется с современными предсказаниями, которые предполагают существование подобных объектов, хотя до сих пор надёжных наблюдательных подтверждений было немного.

Свойства аккреционного диска AT2024tvd также соответствуют закономерностям, ранее обнаруженным у других событий приливного разрушения светил. Значит, позднее излучение таких вспышек может стать одним из самых надёжных инструментов для изучения скрытых сверхмассивных чёрных дыр. По мере запуска новых обзорных телескопов астрономы надеются обнаружить больше подобных объектов, чтобы лучше понять историю слияния галактик и эволюцию их центральных чёрных дыр. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.