|
Измерили самую тяжелую пару черных дыр
|
|
|
|
Используя архивные данные телескопа Gemini North, команда астрономов измерила самую тяжелую из когда-либо найденных пар сверхмассивных черных дыр. Слияние двух сверхмассивных черных дыр - явление, которое давно предсказывалось, но никогда не наблюдалось. Эта массивная пара дает ключ к пониманию того, почему такое событие кажется таким маловероятным во Вселенной. Почти в центре каждой массивной галактики находится сверхмассивная черная дыра. Когда две галактики сливаются, их черные дыры могут образовывать двойную пару, что означает, что они находятся на связанной орбите друг с другом. Предполагается, что этим двойным звездам суждено в конечном итоге слиться, но это никогда не наблюдалось. Вопрос о том, возможно ли такое событие, был темой обсуждения среди астрономов на протяжении десятилетий. В недавно опубликованной статье в Astrophysical Journal группа астрономов представила новый взгляд на этот вопрос.
|
|
|
|
Команда использовала данные с северного телескопа Gemini на Гавайях, одной половины Международной обсерватории Gemini, управляемой NOIRLab NSF, для анализа двойной сверхмассивной черной дыры, расположенной в эллиптической галактике B2 0402+379. Это единственная двойная сверхмассивная черная дыра, когда—либо разрешенная достаточно детально, чтобы видеть оба объекта по отдельности, и она является рекордсменом по наименьшему расстоянию, когда-либо измеренному непосредственно, - всего 24 световых года. В то время как такое близкое разделение предвещает мощное слияние, дальнейшие исследования показали, что пара находилась на таком расстоянии более трех миллиардов лет, и возникает вопрос: в чем причина задержки? Чтобы лучше понять динамику этой системы и ее остановленное слияние, команда обратилась к архивным данным мультиобъектного спектрографа Gemini North (GMOS), который позволил им определить скорость звезд в непосредственной близости от черных дыр.
|
|
|
"Превосходная чувствительность ГМО позволила нам составить карту возрастающих скоростей звезд по мере приближения к центру галактики", - сказал Роджер Романи, профессор физики Стэнфордского университета и соавтор статьи. "Таким образом, мы смогли определить общую массу находящихся там черных дыр". Команда оценивает массу двойной системы в целых 28 миллиардов раз больше массы Солнца, что квалифицирует эту пару как самую тяжелую двойную черную дыру, когда-либо измеренную. Это измерение не только дает ценный контекст для формирования двойной системы и истории галактики-хозяина, но и подтверждает давнюю теорию о том, что масса сверхмассивной двойной черной дыры играет ключевую роль в предотвращении потенциального слияния. "Архив данных, обслуживающий Международную обсерваторию Джемини, содержит золотую жилу неиспользованных научных открытий", - говорит Мартин Стилл, программный директор NSF для Международной обсерватории Джемини. "Измерения массы этой экстремальной сверхмассивной двойной черной дыры являются впечатляющим примером потенциального воздействия новых исследований, которые исследуют этот богатый архив".
|
|
|
|
Понимание того, как образовалась эта двойная система, может помочь предсказать, произойдет ли ее слияние и когда — и несколько подсказок указывают на то, что пара образовалась в результате слияния нескольких галактик. Во-первых, B2 0402+379 является "ископаемым скоплением", что означает, что оно является результатом слияния звезд и газа целого скопления галактик в одну массивную галактику. Кроме того, наличие двух сверхмассивных черных дыр в сочетании с их большой совокупной массой позволяет предположить, что они образовались в результате слияния множества меньших черных дыр из нескольких галактик. После слияния галактик сверхмассивные черные дыры не сталкиваются лоб в лоб. Вместо этого они начинают проноситься мимо друг друга, выходя на ограниченную орбиту. При каждом проходе, который они совершают, энергия передается от черных дыр окружающим звездам. По мере того как они теряют энергию, пара притягивается все ближе и ближе, пока их не разделяют всего световые годы, где гравитационное излучение берет верх, и они сливаются. Этот процесс наблюдался непосредственно в парах черных дыр звездной массы - первый в истории зарегистрированный случай произошел в 2015 году благодаря обнаружению гравитационных волн, — но никогда в двойных системах сверхмассивной разновидности.
|
|
|
|
Получив новые знания о чрезвычайно большой массе системы, команда пришла к выводу, что потребовалось бы исключительно большое количество звезд, чтобы замедлить орбиту двойной системы настолько, чтобы приблизить их так близко. В процессе черные дыры, похоже, выбросили почти всю материю, находящуюся поблизости от них, оставив ядро галактики без звезд и газа. Поскольку больше не было материала, способного еще больше замедлить орбиту пары, их слияние застопорилось на заключительной стадии. "Обычно кажется, что галактики с более легкими парами черных дыр имеют достаточно звезд и массы, чтобы быстро свести их вместе", - сказал Романи. "Поскольку эта пара настолько тяжелая, для выполнения работы потребовалось много звезд и газа. Но двойная система очистила центральную галактику от такой материи, оставив ее в тупике и доступной для нашего изучения". Преодолеет ли эта пара свою стагнацию и в конечном итоге сольется в масштабах миллионов лет, или навсегда останется в подвешенном состоянии на орбите, еще предстоит определить. Если они действительно сольются, результирующие гравитационные волны будут в сто миллионов раз мощнее, чем те, которые возникают при слиянии черных дыр звездной массы.
|
|
|
|
Возможно, пара могла бы преодолеть это конечное расстояние с помощью другого слияния галактик, которое привнесло бы в систему дополнительный материал или, возможно, третью черную дыру, чтобы замедлить орбиту пары настолько, чтобы она могла слиться. Однако, учитывая статус B2 0402+379 как ископаемого скопления, еще одно галактическое слияние маловероятно. "Мы с нетерпением ждем дальнейших исследований ядра B2 0402+379, где мы посмотрим, сколько газа присутствует", - говорит Тирт Сурти, студент Стэнфорда и ведущий автор статьи. "Это должно дать нам больше информации о том, могут ли сверхмассивные черные дыры в конечном итоге слиться или они останутся в виде двойной системы".
|
|
|
|
Источник
|
