Сверхмассивная черная дыра на курсе столкновения с Млечным Путем

Столкновение Млечного Пути со сверхмассивной черной дырой может быть ближе, чем мы думали.

Скрытая в глубинах карликовой галактики Большое Магелланово Облако, которая вращается вокруг Млечного Пути на всё сближающейся орбите, была обнаружена массивная невидимая структура, масса которой оценивается примерно в 600 000 масс Солнца. Поскольку Большое Магелланово Облако когда-нибудь столкнется с нашей галактикой, это означает, что черная дыра также обречена на столкновение.

Еще более интересно то, что эта черная дыра попадает в редкий диапазон масс — менее миллиона масс Солнца. Если ее существование будет подтверждено, это даст нам новый набор данных для понимания того, как черные дыры растут от звездных масс до гигантских монстров, эквивалентных не просто миллионам, а миллиардам масс Солнца.

Открытие, возглавляемое астрофизиком Дживон Джесси Хан из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA), было представлено в “Астрофизическом журнале” и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv.

Черные дыры могут быть довольно сложными для обнаружения. Если они активно не поглощают активно вещество, – процесс, который производит яркий свет, когда материал нагревается до экстремальных температур из-за трения и гравитации, – то они не испускают никакого обнаруживаемого излучения.

черная дыра — Изображение Млечного Пути, а также Большого и Малого Магеллановых Облаков, полученное Gaia.

Это означает, что ученым приходится быть изобретательными. Один из их трюков — искать звезды, которые движутся каким-то странным образом, который невозможно объяснить иначе. Основной метод — измерение необычных орбит. Именно так, изучая орбиты в центре Млечного Пути, астрономы подтвердили существование и массу Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути (ее масса составляет около 4,3 миллиона солнечных масс, если это интересно).

Однако Хан и его коллеги не искали орбиты. Вместо этого их исследование сосредоточилось на другом типе звездного движения: гиперскоростных звездах, – аномальных объектах, которые движутся значительно быстрее средней скорости других звезд в их галактике, настолько быстро, что могут даже покинуть межгалактическое пространство.

Существует несколько таких смелых звезд, которые несутся через гало Млечного Пути к неизвестному пункту назначения. Способ их ускорения привел исследователей к мысли, что они как раз и могут привести нас к скрытым черным дырам. Этот ускоряющий механизм известен как механизм Хиллса, трёхчастичное взаимодействие между черной дырой и двумя звездами. В конечном итоге гравитационный танец приводит к тому, что один из участников этого трио выбрасывается в космос с гиперскоростью.

Недавно выведенный из эксплуатации космический телескоп Gaia несколько лет назад занялся картированием объектов Млечного Пути, включая их положения в трехмерном пространстве (что сложнее, чем кажется), а также их движения и скорости.

Вооружившись данными Gaia, исследователи провели новый анализ 21 гиперскоростной звезды в внешнем гало Млечного Пути, которые соответствуют механизму Хиллса. Эти звёзды относятся к подтипу B, они огромны и горячи, с относительно короткой продолжительностью жизни, что означает, что их высокоскоростные путешествия через космос должны были быть относительно короткими.

Анализ включал отслеживание скорости и движения звезд к их точке происхождения, тщательно исключая другие возможные сценарии ускорения. Ученые смогли уверенно проследить 16 звезд. Семь из них происходили рядом со Стрельцом A*, в центре Млечного Пути.

Оставшиеся девять звезд, похоже, родом из Большого Магелланова Облака. И вместе они указывают, что их выброс произошел через механизм Хиллса объектом массой около 600 000 солнечных масс — скрытой черной дырой, таящейся внутри скопления.

В настоящее время Большое Магелланово Облако вращается вокруг Млечного Пути на расстоянии около 160 000 световых лет. Его долгое, медленное падение в нашу галактику — это не линейный процесс, а продолжающееся сложное движение; недавняя оценка предполагает, что столкновение произойдет примерно через 2 миллиарда лет.

После слияния двух галактик сверхмассивная дыра в Большом Магеллановом Облаке — если она там есть — направится к галактическому центру, где в конечном итоге, после многих эонов, сольется со Стрельцом A*, чтобы создать еще более крупную черную дыру.

Астрономы считают, что это один из способов, с помощью которых черные дыры могут расти от относительно небольших размеров до еще гигантских. Было бы потрясающе наблюдать за этим процессом, медленно происходящим прямо здесь, в нашей галактике, даже если мы не увидим финала. Будущие исследования, как надеется команда, помогут им подтвердить существование и определить свойства их захватывающего открытия.