Выброшенная из галактики черная дыра оставляет след из молодых звезд

Считается, что в центрах крупных галактик, включая нашу, находятся сверхмассивные черные дыры, набирающие миллионы и даже миллиарды масс Солнца. Активно поглощая вещество, они ускоряют и раскаляют его, заставляя излучать и частично выбрасывая прочь на огромной скорости. Все это и выдает присутствие сверхмассивных черных дыр, позволяя оценить их колоссальные размеры. При слиянии нескольких таких галактик их черные дыры сближаются и закручиваются вокруг общего центра тяжести. В результате этих сложных взаимодействий одна из дыр может быть выброшена из галактики, словно запущенная гравитационной пращой.

Оказавшись в пустоте межгалактического пространства, она становится невидимой для телескопов. Однако иногда заметить «дыру-сироту» можно по следу, который она оставляет за собой. К таким выводам пришли астрофизики из Йельского университета, статья которых представлена в библиотеке препринтов arXiv и готовится к публикации в The Astrophysical Journal Letters.

Питер Ван Доккум (Pieter van Dokkum) и его коллеги использовали космический телескоп Hubble для изучения карликовой галактики RCP 28. Однако на полученных изображениях они заметили нечто необычное — яркую и узкую линию, указывающую на центр другой, более далекой и крупной галактики. Поэтому ученые провели дополнительные наблюдения в гавайской Обсерватории Кека. Это позволило оценить расстояния до странной линии и самой галактики. Они оказались расположены вместе, на дистанции около 39 миллионов световых лет, а значит, связаны друг с другом.

Длину самого хвоста астрономы оценили в 200 тысяч световых лет. Кроме того, он неоднороден и по яркости, и по цвету исходящего излучения. В хвосте есть области, похожие на ударные волны. Все это может указывать на прохождение массивного тела, двигавшегося на огромной скорости и оставляющего за собой области повышенной концентрации вещества, в некоторых из которых началось формирование новых звезд. Ван Доккум с соавторами связали этот процесс со сверхмассивной черной дырой, которая была выброшена из центра далекой галактики.

Согласно гипотезе авторов работы, в прошлом эта галактика пережила слияние с другой. Их черные дыры сошлись и начали совместное вращение. Такой тандем мог бы стабильно существовать достаточно долго, однако затем произошло слияние с третьей галактикой. Появление третьей сверхмассивной черной дыры нарушило устойчивость пары, и вскоре одна из них оказалась выброшена из центра галактики, а затем и за ее пределы.

Двигаясь на большой скорости, она сжимала окружающий газ. По мере остывания таких участков межгалактической среды в них запускалось рождение молодых звезд. Астрономы смогли рассмотреть как минимум три области звездообразования в хвосте. Расчеты показали, что возраст некоторых из их звезд может быть менее 30 миллионов лет.

Подобные области звездообразования могут оставлять и релятивистские джеты — узкие потоки плазмы, которые выбрасываются из активных центров галактик на околосветовой скорости. Однако версию с выбросом сверхмассивной черной дыры подтверждает и форма самой галактики: она оказалась сильно нарушена из-за прохождения сквозь нее огромного гравитирующего объекта. Возможно, в будущем ученым удастся найти и другие такие следы, которые станут одним из способов обнаруживать невидимые черные дыры — «сироты».