Астрономы обнаружили скрытую сокровищницу массивных черных дыр
AstroNews.ru - 24 Мая 2022 19:59:20
Команда под руководством исследователей из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле обнаружила ранее не замеченную сокровищницу массивных черных дыр в карликовых галактиках. Недавно обнаруженные черные дыры позволяют заглянуть в историю жизни сверхмассивной черной дыры в центре нашей собственной галактики Млечный Путь.
Считается, что Млечный Путь, будучи гигантской спиральной галактикой, образовался в результате слияния множества более мелких карликовых галактик. Например, Магеллановы облака, которые видны на южном небе, - это карликовые галактики, которые в будущем сольются с Млечным Путем. Каждая карликовая галактика может принести с собой центральную массивную черную дыру, в десятки или сотни тысяч раз превышающую массу нашего Солнца, которой, возможно, суждено быть поглощенной центральной сверхмассивной черной дырой Млечного Пути.
Но как часто карликовые галактики содержат массивную черную дыру, неизвестно, что оставляет ключевой пробел в нашем понимании того, как черные дыры и галактики растут вместе. Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, помогает заполнить этот пробел, показывая, что массивные черные дыры встречаются в карликовых галактиках во много раз чаще, чем считалось ранее.
"Этот результат просто поразил меня, потому что раньше эти черные дыры прятались на виду", - сказал Мугдха Полимера, ведущий автор исследования и аспирант университета UNC-Chapel Hill.
Черные дыры обычно обнаруживают, когда они активно растут, поглощая газ и звездную пыль, вращающиеся вокруг них, что заставляет их интенсивно светиться.
Профессор UNC-Chapel Hill Шейла Каннаппан, советник Полимера и соавтор исследования, сравнила черные дыры со светлячками.
"Как и светлячки, мы видим черные дыры только тогда, когда они светятся - когда они растут - и светящиеся дыры дают нам подсказку о том, сколько их еще не видно".
Проблема в том, что в то время как растущие черные дыры светятся характерным высокоэнергетическим излучением, молодые новорожденные звезды тоже могут светиться. Традиционно астрономы отличают растущие черные дыры от новых звездных образований с помощью диагностических тестов, которые опираются на детальные особенности видимого света каждой галактики, когда он разложен в спектр, подобный радуге.
Путь к открытию начался, когда студенты старших курсов, работающие с Каннаппаном, попытались применить эти традиционные тесты к данным обзора галактик. Команда поняла, что некоторые галактики посылают смешанные сообщения: два теста указывают на растущие черные дыры, а третий - только на звездообразование.
"В предыдущих работах такие неоднозначные случаи просто отбрасывались из статистического анализа, но у меня была догадка, что это могут быть неоткрытые черные дыры в карликовых галактиках", - говорит Каннаппан. Она подозревает, что третий, иногда противоречивый, тест был более чувствителен, чем два других, к типичным свойствам карликовых галактик: их простому элементному составу (в основном первозданные водород и гелий, полученные в результате Большого взрыва) и высокой скорости образования новых звезд.
Соавтор исследования Крис Ричардсон, доцент Элонского университета, подтвердил с помощью теоретического моделирования, что результаты теста на смешанные сообщения точно соответствуют тому, что теория предсказывает для карликовой галактики с первобытным составом и высокой скоростью звездообразования, содержащей растущую массивную черную дыру. "Тот факт, что мои моделирования совпали с результатами группы Каннаппана, заставил меня с воодушевлением изучить последствия для эволюции галактик", - сказал Ричардсон.
Перепись растущих черных дыр
Полимера взяла на себя труд построить новую перепись растущих черных дыр, уделяя внимание как традиционным, так и смешанным типам. Она получила опубликованные измерения спектральных характеристик видимого света для проверки наличия черных дыр в тысячах галактик, обнаруженных в двух обзорах под руководством Каннаппана, RESOLVE и ECO. Эти обзоры включают ультрафиолетовые и радиоданные, идеальные для изучения звездообразования: В то время как большинство астрономических обзоров отбирают выборки в пользу больших и ярких галактик, RESOLVE и ECO представляют собой полную инвентаризацию огромных объемов современной Вселенной, в которой в изобилии присутствуют карликовые галактики.
"Для меня было важно, чтобы мы не смещали наш поиск черных дыр в сторону карликовых галактик", - говорит Полимера. "Но, изучив всю перепись, я обнаружил, что новый тип растущих черных дыр почти всегда обнаруживается в карликовых галактиках. Я был потрясен цифрами, когда впервые увидел их".
Более 80 процентов всех растущих черных дыр, которые она обнаружила в карликовых галактиках, принадлежали к новому типу.
Результат казался слишком хорошим. "Мы все нервничали", - сказал Полимера. "Первый вопрос, который пришел мне в голову, был таким: Не упустили ли мы способ, которым экстремальное звездообразование само по себе может объяснить эти галактики?". Она возглавила исчерпывающий поиск альтернативных объяснений, связанных со звездообразованием, погрешностями моделирования или экзотической астрофизикой. В конце концов, команда была вынуждена прийти к выводу, что вновь обнаруженные черные дыры являются настоящими.
"Мы все еще ущемляем себя", - говорит Каннаппан. "Мы с нетерпением ждем новых идей. Найденные нами черные дыры являются базовыми элементами сверхмассивных черных дыр, таких как та, что находится в нашем Млечном Пути. Мы так много хотим узнать о них".