Гравитационные волны выбросили из галактики сверхмассивную черную дыру

Существует несколько объектов, которые считаются черными дырами, выброшенными из центров галактик, однако ни один из этих кандидатов не был подтвержден. Ученые, исследовавшие черную дыру массой около миллиарда солнечных, считают, что нашли самого вероятного претендента, к тому же выброшенного гравитационными волнами. Исследование будет опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.

Наблюдения «заблудшей» черной дыры на телескопе Hubble удивили исследовательскую группу. «Когда я впервые увидел это, я подумал, что мы видим что-то особенное, — сказал руководитель группы Марко Чиаберге из Института космического телескопа и Университета Джонса Хопкинса. — Когда мы объединили наблюдения Hubble, рентгеновской обсерватории Chandra и слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey — SDSS), все они указали на один и тот же сценарий. Мы собрали больший объем данных (от рентгеновского до ультрафиолетового и ближнего инфракрасного света), чем было сделано для любого другого кандидата в блуждающие черные дыры».

Полученные при помощи Hubble изображения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах позволили понять необычность галактики 3C 186, свет от которой шел около 8 миллиардов лет. На снимках был обнаружен яркий квазар — мощный источник излучения, связанный с черной дырой, но находящийся в данной случае далеко от галактического ядра. Наблюдения велись в рамках изучения слияний галактик. «Я ожидал увидеть много сливающихся галактик и искаженные родительские галактики вокруг квазаров, но я действительно не ожидал увидеть квазар, который был явно смещен от ядра галактики правильной формы, — вспоминает Чиаберге. — Черные дыры находятся в центре галактик, поэтому необычно видеть квазар не в центре».

Команда вычислила расстояние от черной дыры до ядра, сравнивая распределение света звезд в галактике с характерным для нормальной эллиптической галактики распределением согласно компьютерной модели. Черная дыра отдалилась более, чем на 35 000 световых лет от центра, что больше, чем расстояние между Солнцем и центром Млечного Пути. На основании спектроскопических наблюдений Hubble и SDSS исследователи оценили массу черной дыры и измерили скорость захваченного ей газа. «К нашему удивлению, мы обнаружили, что газ вокруг черной дыры улетает от центра галактики со скоростью 2100 километров в секунду», — сказал один из авторов Джастин Эли. Этой скорости достаточно для того, чтобы черная дыра покинула галактику за 20 миллионов лет.

Одно указание на возможную причину такого движения черной дыры дали обнаруженные дугообразные структуры под названием приливные хвосты. Они образуются при гравитационном взаимодействии сливающихся галактик: возможно, 3C 186 объединялась с другой системой, также обладающей сверхмассивной черной дырой. Основываясь на этом наблюдательном свидетельстве и теоретической работе, исследователи разработали описывающий ситуацию сценарий. Согласно их теории, две галактики сливаются, а их черные дыры оказываются в центр новообразованной эллиптической галактики. Они обращаются и испускают гравитационные волны. Если массы и скорости вращения черных дыр намного различаются, то излучение гравитационных волн происходит преимущественно вдоль одного направления. Когда черные дыры сливаются, получившаяся в результате черная дыра получает толчок в противоположном направлении от сильных гравитационных волн.