Открытие может объяснить поведение таких объектов на заре Вселенной
Астрономы обнаружили кандидата в блуждающую черную дыру промежуточной массы в карликовой галактике UGCA 320. На ее существование указали свойства газа вблизи нее, которые соответствуют модели гравитационной фокусировки межзвездного вещества и его поглощения движущейся черной дырой. Вполне возможно, что перед тем, как начать рост в сверхмассивные черные дыры, черные дыры промежуточных масс на заре Вселенной могли набирать массу за счет подобного механизма. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Черные дыры промежуточной массы характеризуются массами от сотен до ста тысяч масс Солнца. Эти объекты интересны как одна из разновидностей потенциальных зародышей, из которых путем аккреции возникают сверхмассивные черные дыры, а также как один из источников гравитационно-волновых всплесков. Однако найти их очень непросто, и к настоящему времени известны только кандидаты разного уровня значимости в карликовых галактиках, шаровых скоплениях или гипермощных рентгеновских источниках.
Группа астрономов во главе с Ли Синем (Xin Li) из Университета Вестлейк сообщила, что обнаружила кандидата в блуждающую черную дыру промежуточной массы в галактике UGCA 320. Исследователи анализировали данные наблюдений за галактикой в оптическом и рентгеновском диапазонах космических телескопов «Хаббл» и «Чандра», наземного комплекса телескопов VLT и 2,3-метрового телескопа Австралийского национального университета.
UGCA 320 — карликовая галактика, видимая с ребра и расположенная на расстоянии около 19,66 миллиона световых лет от Солнца, в изолированной группе карликовых галактик. На ее снимках ученые заметили неизвестный источник, сильно смещенный от центра системы. В его спектрах наблюдаются уширенные линии излучения водорода серий Лаймана и Бальмера, которые считаются признаками активной черной дыры, а зона непрерывного излучения водорода очень компактна. Спектральное распределение энергии в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах и оптическая переменность потока излучения тоже похожи на поведение активной черной дыры. При этом модели звездных атмосфер, двойной звездной системы или остатка сверхновой не могут объяснить сразу все данные наблюдений.
Если найденный объект действительно является черной дырой, то ее расчетная масса составляет 35 тысяч масс Солнца, что делает ее черной дырой промежуточных масс. Что же касается механизма ее активности, то классические сценарии притока вещества, характерные для черных дыр в центрах галактик, здесь мало подходят. Однако теории предсказывают, что для блуждающей черной дыры будет работать механизм аккреции Бонди — Хойла — Литтлтона: газ из межзвездной среды, сквозь которую летит черная дыра, будет подвергаться фокусировке сильным гравитационным полем, что приведет к его отклонению от первоначальной траектории, сжатию и увлечению за компактным объектом. В этом случае черная дыра будет подпитываться газом из потока, циркулирующего вокруг нее, при этом впереди нее возникнет головная ударная волна из-за сходящегося потока газа, а позади нее будет ударный конус и плотный след из вещества.
Данные спектроскопических наблюдений выявили как градиент скоростей газа вокруг черной дыры, так и то, что зона перед ней характеризуется плотностью, близкой к типичной межзвездной среде, в то время как газ позади черной дыры кажется на порядки плотнее и частично ионизированным. Кроме того, характер появления и исчезновения широких компонент излучения водорода в период с 2021 по 2025 годы может быть описан поглощающими излучение сгустками газа, встроенными в аккреционный поток, идущий к черной дыре: если они находятся в пределах радиуса захвата в 0,97 светового года, а черная дыра движется относительно окружающей среды со скоростью около 30 километров в секунду, то протяженность сгустков может составлять до ста астрономических единиц.
Это открытие предоставляет первое наблюдательное подтверждение механизма активности блуждающих черных дыр за счет гравитационной фокусировки межзвездного газа. Вполне возможно, что перед тем, как начать рост в сверхмассивные черные дыры, черные дыры промежуточных масс на заре Вселенной могли набирать массу за счет подобного механизма, пока добирались до центров галактик.
О том, почему черные дыры промежуточной массы так важны и неуловимы, можно прочесть в материале «Охота уже начата».