Астрономы «взвесили» самую тяжелую и близкую пару сверхмассивных черных дыр

В центре почти каждой массивной галактики теоретически находится сверхмассивная черная дыра. В 2004 году ученые обнаружили в центре радиогалактики B2 0402 + 379, расположенной в 723 миллионах световых годах от нас (красное смещение 0,055), два объекта. Они сразу выдвинули предположение, что это двойная черная дыра. Через несколько лет предположение подтвердилось, астрономам даже удалось засечь движение двух дыр вокруг друг друга. Теперь удалось измерить их массу.

Радиогалактиками называют те галактики, у которых радиоизлучение намного сильнее, чем у остальных галактик. Объект 0402 + 379 действительно очень яркий. Это массивная эллиптическая галактика, окруженная ярким рентгеновским гало. По количеству и суммарной массе звезд эта одинокая галактика сопоставима с целым скоплением.

Такие объекты астрономы называют «скоплениями-окаменелостями» (fossil clusters), считая, что они образовались в результате слияния галактик одного скопления. Что касается сверхмассивных черных дыр в центре, их слияние хоть и предсказано теоретически, все же маловероятно и еще ни разу не встречалось астрономам в ходе наблюдений. Слияние черных дыр звездной массы ученые наблюдали впервые в 2015 году — как раз по первому в истории пойманному сигналу гравитационных волн GW150914.

Пара сверхмассивных черных дыр в центре 0402 + 379 — самая компактная из тех, что удалось измерить напрямую. Между объектами всего 24 световых года. Как показали исследования, они выдерживают эту дистанцию уже более трех миллиардов лет. Чтобы понять почему, авторы нового исследования исследовали динамику звезд в центре этой галактики. Результаты их работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Сопоставив и проанализировав данные наблюдений обсерваторий WIYN и «Джемини», ученые оценили массу пары сверхмассивных черных дыр в 28 миллиардов солнечных масс. Для сравнения: массу черной дыры в центре Млечного Пути оценивают в 4,3 миллиона солнечных масс. Получается, пара в центре 0402 + 379 в 6,5 тысячи раз массивнее. Это делает пару рекордсменом в современной Вселенной, то есть Вселенной на расстоянии до миллиарда световых лет от нас, где минимальны эффекты космической эволюции.

Несмотря на такую большую массу, эта пара вписывается в ряд сверхмассивных черных дыр в центре подобных эллиптических галактик по всем параметрам и с сохранением их корреляции, вроде корреляции радиуса ядра с массой черной дыры (или дыр, как в этом случае).

Отметим, что сверхмассивная черная дыра в сверхгигантской эллиптической галактике Holm 15A, теоретически, еще больше — около 170 миллиардов солнечных масс, согласно одной из работ, — но напрямую ее массу пока не удалось измерить. Поэтому пока 0402 + 379 можно считать рекордсменом.

Почему же не слились эти дыры? Видимо, не хватает массы, «танец» пары «очистил» центральную область галактики от звезд. В этом плане астрономам как раз повезло.

«Кажется, что галактикам и с менее массивными парами черных дыр хватает звезд и массы, чтобы быстро сблизить пару. Тут пара настолько массивная, что потребовалось бы немало звезд и газа, чтобы выполнить эту работу. Но двойная очистила центральную область галактики от подходящего вещества, что и позволило нам ее изучить»,— объяснил профессор Роджер Романи из Стэнфордского университета, один из авторов новой работы.

Вещество в окрестностях центра, будь то звезды или газ, смогло бы замедлить пару и спровоцировать сближение. Нельзя оценить, смогут ли они замедлиться самостоятельно даже за миллиарды лет, отчасти потому, что нам неизвестно, сколько точно газа осталось в центре. Кстати, как отметили авторы исследования, в таких наблюдениях может помочь «Джеймс Уэбб». Новое слияние с другой галактикой и третья сверхмассивная черная дыра могли бы изменить ситуацию, но такое слияние маловероятно: «скопление-окаменелость» одиноко. Остается лишь наблюдать.