Астрономы нашли будущую тройную сверхмассивную черную дыру

Астрономы обнаружили три сливающиеся галактики, которые находятся на стадии тройного активного ядра. На данный момент сверхмассивные дыры в их центрах находятся на достаточно большом расстоянии, но в будущем они приблизятся и образуют тесную систему. Обнаруженный объект — лучший известный пример редкого слияния, пишут авторы в препринте на сервере arXiv.org.

Современная космологическая модель предсказывает иерархический рост структур во Вселенной, который, в частности, выражается в нередком слиянии галактик, и примеров взаимодействующих пар галактик действительно известно немало. Одним из следствий взаимных возмущений оказывается резкий рост темпа аккреции на центральные черные дыры, благодаря чему окружающее их вещество начинает ярко светиться — образуется активное ядро галактики.

Одной из основных нерешенных задач современной космологии является рост сверхмассивных черных дыр. Известно, что такие объекты наблюдаются в достаточно ранней Вселенной возрастом около миллиарда лет, при этом нет теории, которая бы давала полноценное объяснение столь быстрого набора массы.

Для этого ученые выдвигали множество гипотез, среди которых были связывающие быстрый рост с высоким темпом аккреции на поздних стадиях слияния галактик, когда расстояние между их центрами не превышает 10 килопарсек. В таком случае должно формироваться двойное активное ядро, скрытое от наблюдателя толстыми слоями пыли и газа, из-за чего наиболее ярким оно должно быть в инфракрасном диапазоне.

В рамках проекта по поиску пар сливающихся галактик астрофизики из США, Чили и Канады под руководством Райана Пфайфле (Ryan Pfeifle) из Университета Джорджа Мейсона обнаружили систему из трех взаимодействующих галактик SDSS J084905.51+111447.2, ядро каждой из которых проявляет значительную активность. Они находятся на позднем этапе слияния, между черными дырами от 3 до 7 килопарсек. Сама система находится на красном смещении z = 0.077, что примерно соответствует расстоянию в 250 мегапарсек.

Сперва астрономы искали объекты в обзоре SDSS при помощи волонтеров в рамках онлайн-проекта Galaxy Zoo. Затем для интересных кандидатов изучали данные в инфракрасном диапазоне, полученные космическим телескопом WISE. Если там оказывался заметный сигнал, то это означало присутствие черных дыр на стадии активного поглощения вещества. Для подтверждения результатов галактики наблюдали при помощи космических телескопов Chandra и NuSTAR: они зарегистрировали рентгеновское свечение, причем оно исходило от трех отдельных источников.

Обработка всех полученных данных, а также привлечение архивных наблюдений других обсерваторий позволило авторам прийти к однозначному выводу о присутствии именно тройного ядра и, соответственно, трех сверхмассивных черных дыр. Моделирование спектров в разных диапазонах позволило исключить альтернативные сценарии, такие как активность областей звездообразования, порожденное ударными волнами излучение или излучение меньшего количества активных ядер.

Авторы называют обнаружение тройной системы важным, потому что кратных систем наблюдается гораздо меньше, чем предсказывается современной теорией. Ученые связывают это с большим поглощением в оптическом диапазоне из-за поступления большого количества вещества к центрам галактик. В то же время взаимодействия в тройных системах могут радикально ускорять процесс слияния черных дыр и преодолевать так называемую проблему последнего парсека, то есть неэффективную потерю момента такими телами на орбитах соответствующего размера. В случае трех тел их близкое прохождение может передать часть энергии одному из объектов, который станет несвязанным с оставшейся парой и покинет их, при этом остальные сольются за относительно короткий промежуток времени.

Ранее ученые доказали наличие качающегося джета в системе черной дыры и обычной звезды, сделали надежную оценку массы крупнейшей черной дыры, впервые увидели рождение черной дыры и зафиксировали вспышку активности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

Тимур Кешелава