|
Космическая подкова скрывает черную дыру
|
|
|
|
В 2007 году астрономы обнаружили Космическую подкову - систему галактик с гравитационными линзами, удаленную от нас на расстояние около 5,5 миллиардов световых лет. Масса галактики на переднем плане увеличивает и искажает изображение далекой галактики на заднем плане, свет от которой путешествовал миллиарды лет, прежде чем достичь нас. Галактики на переднем плане и на заднем плане расположены так идеально, что образуют кольцо Эйнштейна. Новое исследование космической подковы показывает наличие сверхмассивной черной дыры (UMBH) в галактике на переднем плане с ошеломляющими 36 миллиардами солнечных масс.
|
|
|
|
Строгого определения UMBH не существует, но этот термин часто используется для описания сверхмассивной черной дыры (SMBH) с массой более 5 миллиардов солнечных масс. SMBH не были "открыты" в традиционном смысле этого слова. Скорее, со временем их существование стало очевидным. Кроме того, с течением времени измерялись все более массивные из них. Растет потребность в названии для самых массивных из них, и именно так возник термин "сверхмассивная черная дыра".
|
|
|
|
Открытие чрезвычайно массивной черной дыры в космической подкове представлено в новом исследовании. Она называется "Открытие черной дыры массой 36 миллиардов Солнечных масс в центре гравитационной линзы космической подковы", а ведущим автором является Карлос Мело-Карнейру из Института физики Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии. Статья доступна на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
|
|
|
В конце 19-го - начале 20-го века в физике произошла революция, когда теория относительности вытеснила теорию Ньютона и вывела наше понимание Вселенной на новый уровень. Стало ясно, что пространство и время взаимосвязаны, а не разделены, и что массивные объекты могут искривлять пространство-время.
|
|
|
|
Даже свет не застрахован от этого, и Эйнштейн дал идее черных дыр, восходящей к "темным звездам" Джона Мичелла, логическую математическую основу. В 1936 году Эйнштейн предсказал гравитационное линзирование, хотя он прожил недостаточно долго, чтобы получить наглядное доказательство, которым мы наслаждаемся сегодня.
|
|
|
|
Сейчас мы знаем о тысячах гравитационных линз, и они стали одним из естественных инструментов астрономов. Они существуют благодаря своим огромным черным дырам.
|
|
|
|
Линзирующая галактика на переднем плане в Космической подкове называется LRG 3-757. Это особый тип редких галактик, называемых светящимися красными галактиками (LRG), которые чрезвычайно ярки в инфракрасном диапазоне. LRG 3-757 также чрезвычайно массивна, примерно в 100 раз массивнее Млечного Пути, и является одной из самых массивных галактик, когда-либо наблюдавшихся. Теперь мы знаем, что в центре этой огромной галактики находится одна из самых массивных черных дыр, когда-либо обнаруженных.
|
|
|
|
"Сверхмассивные черные дыры (SMBH) находятся в центре каждой массивной галактики, и их массы тесно связаны с массами галактик-хозяев в результате совместной эволюции в течение космического времени", - пишут авторы в своей статье.
|
|
|
|
Астрономы не находят черных дыр звездной массы в ядрах массивных галактик, и они не находят сверхмассивных объектов в ядрах карликовых галактик. Существует установленная связь между сверхмассивными объектами и их галактиками-хозяевами, особенно такими массивными эллиптическими объектами, как LRG 3-757. Это исследование укрепляет эту связь.
|
|
|
|
Исследование сосредоточено на так называемом соотношении MBH-sigmae. Это соотношение между массой SMBH и дисперсией скоростей звезд в галактическом балдже. Дисперсия скоростей (sigmae) - это показатель скорости звезд и того, насколько сильно она отличается от средней скорости. Чем выше дисперсия скоростей, тем быстрее и хаотичнее движутся звезды.
|
|
|
|
Когда астрономы изучают галактики, они обнаруживают, что чем массивнее SMBH, тем больше разброс скоростей. Это соотношение указывает на глубокую связь между эволюцией галактик и ростом SMBH. Корреляция между массой SMBH и дисперсией скоростей в ее галактике настолько тесная, что астрономы могут получить хорошую оценку массы SMBH, измерив дисперсию скоростей.
|
|
|
|
Однако UMBH в Космической подкове более массивен, чем предполагает соотношение MBH-сигма e.
|
|
|
|
"Ожидается, что самые массивные галактики во Вселенной, такие как самые яркие скопления галактик (BCG), содержат самые массивные сверхмалые звезды", - пишут авторы. Астрономы обнаружили множество сверхмалых звезд в этих галактиках, включая LRG 3-757. "Тем не менее, значимость этих UMBH заключается в том факте, что многие из них отклоняются от стандартного линейного соотношения MBH-сигма e", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
LRG 3-757 значительно отклоняется от корреляции. "Наши результаты показывают, что космическая подкова на ~ 1,5 сигмы выше соотношения MBH-сигма e, что подтверждает наметившуюся тенденцию, наблюдаемую в BGC и других массивных галактиках", - пишут авторы. "Это говорит о более резкой зависимости MBH –сигма е при наибольших массах, что, возможно, обусловлено различной коэволюцией малых галактик и их галактик-хозяев".
|
|
|
|
Что стоит за этим нарушением связи MBH –сигма е в массивных галактиках? Некоторые звезды, возможно, были удалены из галактики во время прошлых слияний, что повлияло на дисперсию скоростей.
|
|
|
|
По мнению авторов, LRG 3-757 может быть частью ископаемой группы. "Линза Подковы уникальна тем, что она находится на z = 0,44 и не имеет сравнительно массивных галактик—компаньонов - вероятно, это ископаемая группа", - пишут они.
|
|
|
|
Ископаемые группы - это крупные группы галактик, в центрах которых находятся чрезвычайно крупные галактики, часто LRG. Ископаемые группы и LRG представляют собой позднюю стадию эволюции галактик, активность которых замедлилась. В LRG образуется мало звезд, поэтому они "красные и мертвые". Кроме того, взаимодействие между галактиками практически отсутствует.
|
|
|
|
"Ископаемые группы, являющиеся остатками ранних слияний галактик, могут следовать иным эволюционным путям по сравнению с местными галактиками, что потенциально объясняет высокую массу черной дыры", - пишут авторы.
|
|
|
|
LRG 3-757 могла подвергнуться так называемому "очищению". Размывание может произойти при слиянии двух чрезвычайно массивных галактик и повлиять на распределение скоростей звезд в центре галактики. "В этом процессе двойные SMBH динамически вытесняют звезды из центральных областей объединенной галактики, эффективно уменьшая дисперсию звездных скоростей, оставляя массу SMBH практически неизменной", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Другая возможность - обратная связь между черной дырой и галактическим ядром. Когда черные дыры активно питаются, они называются активными ядрами галактик. Мощные выбросы из галактического ядра могут замедлить звездообразование и, возможно, изменить центральную структуру галактики. Это может отделить рост SMBH от дисперсии скоростей.
|
|
|
|
"Третий сценарий предполагает, что такие UMBH могут быть остатками чрезвычайно ярких квазаров, которые пережили эпизоды быстрой аккреции SMBH в ранней Вселенной", - пишут авторы.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что необходимы дополнительные наблюдения и более совершенные модели, "чтобы объяснить разброс в соотношении MBH-сигма e в верхней части".
|
|
|
|
Благодаря миссии Euclid в настоящее время проводится больше наблюдений. "Ожидается, что в течение следующих пяти лет миссия Euclid обнаружит сотни тысяч линз", - пишут авторы в своем заключении. Чрезвычайно большой телескоп (ELT) также внесет свой вклад, позволив проводить более детальные динамические исследования дисперсии скоростей.
|
|
|
|
"Эта новая эра открытий обещает углубить наше понимание эволюции галактик и взаимодействия между барионным и магнитно-резонансным компонентами", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
