Они впервые наблюдают огромную черную дыру, одиноко блуждающую между галактиками с невероятной скоростью.

До сих пор астрономы ограничивались наблюдениямигиперскоростные звезды‘, ускоряющиеся солнца, яростно выброшенные из нашего Млечного Пути сильными «гравитационными ударами», возможно, вызванными столкновением с другими звездами или взрывом ближайшей сверхновой. Но какой «толчок» нужен, чтобы что-то подобное разлетелось со скоростью 954 км/с? Потому что мы говорим о «звере» с массой, эквивалентной десяти миллионам солнц, что более чем вдвое превышает массу Стрельца А*, черной дыры, которая царит в центре нашей галактики. И на такой скорости объект сможет преодолеть расстояние между Землей и Луной менее чем за семь минут.

Открытие, сделанное благодаря необычайному инфракрасному видению космического телескопа Джеймса Уэбба, подтверждает то, что до сих пор было лишь подозрением, о котором впервые сообщили те же исследователи в 2023 году, когда они впервые увидели объект. Эта огромная блуждающая черная дыра, официально названная RBH-1 (Сбежавшая черная дыра 1), расположена на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет.

Необычное место

Обычно сверхмассивные черные дыры связаны с галактикамикоторые растут и развиваются вокруг них, подчиняясь своей огромной гравитационной силе. Таким образом, простая идея о том, что один из этих «темных гигантов» может «собрать чемоданы» и отправиться в путь самостоятельно, противоречит как физике, так и нашему многолетнему опыту наблюдений.

И несмотря на это, теория уже более полувека предупреждает нас, что такое может произойти. «Эти результаты, — пишут исследователи, — подтверждают, что след вызывается неуправляемой сверхзвуковой сверхмассивной черной дырой, что является давно предсказанным последствием отдачи гравитационной волны или выброса множества тел из ядер галактик». Но одно дело предсказать это на бумаге, а совсем другое – увидеть это своими глазами.

До сих пор астрономы собирали разрозненные подсказки. Были обнаружены «сверхскоростные» звезды, выброшенные из Млечного Пути, и даже кандидаты на роль блуждающих черных дыр или галактик, у которых, казалось, была «дыра» в центре, как если бы их «основной двигатель» был сорван. Но отсутствовало окончательное доказательство, «тело преступления», которое продемонстрировало бы, что нечто подобное может произойти в реальности. И это именно то, что представляет собой RBH-1.

Подтверждение вывода

Чтобы подтвердить, что RBH-1 действительно был тем, чем казался, астрофизик Питер ван Доккум и его команда использовали инструмент NIRSpec Джеймса Уэбба. Их целью было проанализировать скорость газа вокруг объекта. И они обнаружили структуру «головной ударной волны» в передней части черной дыры. Нечто похожее на воду, которая скапливается и сжимается, образуя волну перед носом корабля, идущего на полной скорости. Только в космосе «вода» — это окологалактическая среда, разреженный газ и пыль, существующие в видимой пустоте между галактиками, а «корабль» — это мчащаяся черная дыра.

Благодаря счастливому стечению обстоятельств вся конструкция слегка наклонена к нам, что позволило исследователям измерить эффект Доплера света, излучаемого нагретым ударной волной газом. Напомним, что подобно тому, как сирена машины скорой помощи кажется выше при приближении (из-за сжатия звуковых волн) и ниже при удалении (из-за ее «растяжения»), когда светящийся объект движется к Земле, излучаемые им световые волны сжимаются и становятся более синими (синее смещение), а при удалении они растягиваются и становятся краснее (красное смещение).

Таким образом, при измерении этого эффекта перед и за дугой столкновения команда столкнулась с резкой и значительной разницей в скорости. Материал позади ударного фронта, по сути, движется на 600 километров в секунду быстрее, чем материал впереди, хотя между ними существует минимальное расстояние. Более того, газ на внешних краях удаляется, демонстрируя красное смещение. Согласно исследованию, эта характеристика скорости однозначна: «RBH-1, — говорится в статье, — является эмпирическим подтверждением 50-летнего предсказания о том, что сверхмассивные черные дыры могут покидать свои родительские галактики».

Огромная сила

Это подводит нас непосредственно к большому вопросу: какая сила необходима, чтобы переместить массу в 10 миллионов солнц со скоростью 954 км/с?

В своей статье 2023 года исследователи рассмотрели возможность трехстороннего взаимодействия. То есть три черные дыры хаотически взаимодействуют, пока одна из них не будет изгнана, пространственная версия знаменитой игры в стулья, в которой всем, кроме одного, удается сесть, когда музыка прекращается, но с катастрофическими последствиями. Однако, когда появились новые данные о точности Уэбба, гипотеза изменилась в сторону еще более впечатляющего сценария, если это возможно: бинарного синтеза.

Согласно новому исследованию, наиболее вероятным объяснением является то, что две галактики столкнулись в прошлом, в результате чего их центральные черные дыры подошли очень близко друг к другу. Итак, два титана начали вращаться вокруг друг друга, все ближе и ближе, пока не они слились в один. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, когда две черные дыры неравных масс или разного вращения сливаются, они излучают гравитационные волны (рябь в ткани пространства-времени).

Но это излучение не симметрично, то есть не одинаково во всех направлениях. Это больше похоже на выстрел из пушки: если энергия выстреливается с большей силой в одном направлении, объект испытывает отдачу, «отдачу» в противоположном направлении. А в случае с RBH-1 этот удар был настолько чудовищным, что превысил скорость убегания самой образовавшейся галактики. Итак, вновь образовавшаяся черная дыра вырвалась наружу, обреченная на вечное скитание в межгалактической пустоте.

создатель звезд

Парадоксально, что в ходе своего полета, во время которого галактика вокруг нее, вероятно, была разрушена, эта черная дыра создает бесчисленное количество звезд. И огромное давление, которое она оказывает, пробираясь через межгалактическую среду, вызывает в ее «хвосте» настоящие «вихри» газа, которые сжимаются и зажигают новые солнца. Блестящая «стела» длиной 200 000 световых лет превратилась в настоящий питомник звезд, дочерей-сирот отца, который никогда не остановится, чтобы встретиться с ними.

Компьютерное моделирование предполагает, что Вселенная может быть полна этих невидимых странников. Потому что, если, как мы знаем, слияния галактик являются и были очень частым явлением в истории Вселенной, тогда должно существовать значительное количество «блуждающих сверхмассивных черных дыр», скрывающихся в темноте, вдали от тепла любой галактики, совершенно невидимых для наших телескопов до тех пор, пока, как RBH-1, они не вступят во взаимодействие с достаточно плотным облаком газа.

Таким образом, это открытие не только раскрывает тайну полувековой давности, но и открывает новую эру в галактической археологии. Теперь мы знаем, что искать. Телескоп Джеймса Уэбба научил нас, что пространство между галактиками не так пусто, как мы думали, и что даже такие монстры, как RBH-1, иногда могут скрываться из темноты…