Края галактик полны умирающих звезд и черных дыр

Новые данные, полученные Рочестерским технологическим институтом (РТИ), представили новое доказательство нахождения в краях спиральных галактик множества массивных черных дыр. Данные регионы, прежде упущенные из виду, можно считать новыми областями для наблюдения гравитационных волн, появляющихся при столкновении черных дыр.

Исследование «отматывает» время черных дыр назад, анализируя их видимых предшественников – сверхновые с коллапсирующими ядрами. Медленный распад этих массивных звезд создает яркие сигнатуры в электромагнитном спектре, прежде чем звездная эволюция превращает их черные дыры.

Используя данные обзора ближайших галактик программы поиска сверхновых Ликской обсерватории, команда ученых сравнила количество сверхновых во внешних частях спиральных галактик с уже известной информацией о карликовых галактиках. Они обнаружили, что на краях типичных спиральных галактик и спутниковых галактик примерно раз в тысячу лет происходит коллапс сверхновой. Исследование, названное «Количество сверхновых вне оптического радиуса» (Supernova Rate beyond the Optical Radius) будет опубликовано в следующем выпуске журнала Astrophysical Journal Letters.

Низкий уровень элементов тяжелее водорода и гелия в карликовых галактиках создает благоприятные условия для формирования черных дыр и создания ими двойных систем. Подобная галактическая среда во внешних дисках спиральных галактик также создает «охотничьи угодья» для черных дыр, согласно Суканье Чакрабарти, ведущему автору исследования и доценту Школы физики и астрономии при РТИ.

«Если эти коллапсирующие сверхновые являются предшественниками двойных черных дыр, зарегистрированными LIGO, то наши обнаружения – надежный метод определения галактик – источников сигналов LIGO, – так как у этих черных дыр есть электромагнитный двойник на более раннем этапе развития, мы можем определить их расположение в небе и, таким образом, искать массивные черные дыры».

Данные нового исследования дополняют исследования, проведенные Чакрабарти в 2017 году, которые показали, что внешние части спиральных галактик могут способствовать степени обнаружения LIGO гравитационных волн. Эти регионы формируют звезды со скоростью, сравнимой с карликовыми галактиками, и имеют низкое содержание тяжелых элементов, что опять же способствует формированию черных дыр. Нынешнее же исследование изолирует потенциальных кандидатов до этих галактических регионов.

«Теперь мы видим, насколько важны обе части картины, – говорит Чакрабарти, – далее, мы проведем более глубокие исследования, чтобы понять, можем ли мы улучшить показатели».

Со-автор исследования Бреннан Делл, недавно окончивший программу компьютерной науки РТИ, анализировал данные вместе с Чакрабарти во время бакалаврской практики.

«Эта работа может помочь нам определить, на какие галактики нам следует обращать внимание по части электромагнитных копий массивных черных дыр», – сказал Делл.