Сердца каннибалов: чем удивила ближайшая к Земле пара гигантских черных дыр

Международная команда астрономов сообщила об открытии в галактике NGC 7727 пары сверхмассивных черных дыр. Этот дуэт гигантов уникален сразу по нескольким причинам. Во-первых, он гораздо ближе к Земле, чем любая другая подобная пара. А значит, его будет гораздо проще изучить, разобравшись на его примере, какими вообще бывают двойные сверхмассивные черные дыры. Во-вторых, этот дуэт оказался еще и рекордно тесным. Наконец, его открытие может означать, что во Вселенной куда больше гигантских черных дыр, чем считалось еще недавно.

Спокойствие и активность

Главная сила, управляющая по-настоящему большими скоплениями материи — это гравитация. Частицы вещества притягивают друг друга, и под действием этого взаимного тяготения облако материи стремится стянуться к своему центру. Именно поэтому в центрах крупных галактик образуются ядра — компактные плотные сгущения, состоящие из газа, пыли и звезд. Там же зарождаются сверхмассивные черные дыры, которые массивнее Солнца в миллионы или даже миллиарды раз.

Ядра некоторых галактик (так называемые «активные», порядка 1% от общего числа) представляют собой яркие источники света и других излучений. Так происходит потому, что на их центральные дыры падает плотный поток вещества. Потоки газа и пыли, падающие на «хищницу», сталкиваются друг с другом и разогреваются трением до огромных температур.

Предполагается, что в «спокойных» ядрах галактик тоже гнездятся сверхмассивные черные дыры, просто они не поглощают столько материи, как их активные собратья. Хорошим примером является черная дыра массой 4 млн солнц, находящаяся в центре Млечного Пути. Она хорошо видна в земные радио- и рентгеновские телескопы, поскольку находится достаточно близко по космическим меркам. Но обитатели другой галактики не заметили бы ее свечения и могли бы только догадываться о ее существовании.

Галактика с двумя сердцами

Галактики регулярно сталкиваются друг с другом и сливаются. Что происходит с центральной черной дырой «проглоченной» системы? Силы тяготения влекут ее в точку максимальной концентрации вещества — в центр галактики-каннибала. А там ее, конечно же, поджидает местная сверхмассивная черная дыра. Два огромных монстра начинают кружить вокруг общего центра масс, образовав пару, то есть двойную черную дыру. В конце концов они сталкиваются и сливаются друг с другом.

Двойные сверхмассивные черные дыры — очень интересные объекты, но изучать их сложно. Почти все известные подобные пары находятся очень далеко даже по космическим меркам: в миллиардах световых лет от Земли.

Поэтому можно представить себе радость ученых, обнаруживших подобный дуэт в галактике NGC 7727 всего в 89 млн световых лет. Это впятеро ближе пары, ранее считавшейся ближайшей.

Ядро NGC 7727 не активное. Находись эта галактика несколько дальше, мы могли бы только предполагать, что в ней есть сверхмассивная черная дыра, и никогда бы не узнали, что их там две. Но близость космического соседа позволила астрономам разглядеть, что у NGC 7727 на самом деле не одно, а два ядра: большое и маленькое. Большое находится точно в центре галактики и, скорее всего, является «родным» для NGC 7727. Маленькое — это, видимо, остаток поглощенной галактики.

«Родное» ядро NGC 7727 состоит из очень древних звезд, которые немногим младше Вселенной: им 13 млрд лет. А вот небольшое второе ядро состоит из очень молодых светил. Это подтверждает, что NGC 7727 не родилась с двумя сердцами, а просто-напросто поглотила другую галактику. Авторы исследования рассчитали, что акт каннибализма состоялся 1-2 млрд лет назад, а поглощенная звездная система впятеро уступала «агрессору» по массе.

Проанализировав движение звезд в двух ядрах NGC 7727, исследователи заключили, что в каждом из них скрывается сверхмассивная черная дыра. В главном ядре угнездился объект массой в 140–170 млн солнц, а в побочном — 5–10 млн солнц.

К слову, этот метод измерения массы черных дыр — самый точный. Но его впервые удалось применить к двойной сверхмассивной черной дыре. Все остальные пары так далеки, что звезды, привлеченные гравитацией сверхмассивных монстров, неразличимы ни в какие телескопы. Да и в случае NGC 7727 для этого понадобились «Хаббл» и VLT , самый большой оптический телескоп в мире.

Еще одна отличительная особенность этой пары черных дыр — рекордная близость «партнеров» друг к другу. Между ними всего 1600 световых лет, и это более чем вдвое перекрывает предыдущий рекорд. Типичная же дистанция в таких дуэтах и вовсе превышает 20000 световых лет. 

По расчетам экспертов, черные дыры в центре NGC 7727  столкнутся и сольются друг с другом в ближайший миллиард лет, а скорее всего даже в ближайшие 250 млн лет. 

Ученые славятся терпением и упорством, но идея подождать интересного события 250 млн лет — это несколько чересчур. К счастью для астрономов, во Вселенной может оказаться множество двойных сверхмассивных черных дыр, куда более готовых к «слиянию и поглощению».

По некоторым оценкам, тесные пары в центрах галактик могут быть типичным явлением, а не видим мы их только потому, что неактивные черные дыры вообще сложно заметить. Если так, то в ближайшей области Вселенной может быть на 30% больше сверхмассивных черных дыр, чем мы привыкли считать. Обнаружение такой пары поблизости от Млечного Пути — сильный аргумент в пользу этой точки зрения.

И уже в обозримом будущем открытие подобных пар и их слияний может быть поставлено на поток. В 2027 году в строй вступит гигантский оптический телескоп ELT, для которого поиски двойных ядер галактик станут рутинным делом. А еще через десятилетие должен быть запущен космический детектор гравитационных волн LISA. Он будет улавливать сигналы от слияния сверхмассивных черных дыр. Это не под силу действующим устройствам, рассчитанным на черные дыры массой в несколько солнечных. Тогда-то мы и узнаем, много ли во Вселенной невообразимых пар, готовых слиться друг с другом в смертельном объятии.