Найбільша в історії пара чорних дір важить колосальні 28 мільярдів сонячних мас

Коли галактики зіштовхуються, надмасивні чорні діри в їхніх центрах можуть наблизитися одна до одної, почати обертатися по орбітах і врешті-решт злитися. Такого злиття ще ніколи не спостерігали, але відомо, що в ядрах кількох галактик існують подвійні надмасивні чорні діри. І зараз астрономи увінчали найважчу пару з них.

Ці два об’єкти знаходяться в центрі еліптичної галактики B2 0402+379. Завдяки архівним даним з багатооб’єктного спектрографа Gemini North (GMOS) дослідники змогли розрізнити ці два об’єкти окремо – це стало можливим вперше. Це призвело до ще одного відкриття: вони підрахували, що ці два об’єкти знаходяться на відстані всього 24 світлових років один від одного. Ближче, ніж зірка Вега до Землі.

Але мова йде не про зоряні об’єкти. Чорні діри важать у 28 мільярдів разів більше маси Сонця, тобто плюс-мінус 8 мільярдів сонячних мас. Вирішальне значення для цієї оцінки має здатність астрономів вимірювати рухи зірок в ядрі цієї еліптичної галактики.

“Чудова чутливість GMOS дозволила нам скласти карту зростаючих швидкостей зірок, коли ми наближаємося до центру галактики”, – сказав Роджер Романі, професор фізики Стенфордського університету і співавтор статті, – “Це дозволило нам виміряти швидкість руху зірок у центрі галактики. “Завдяки цьому ми змогли зробити висновок про загальну масу чорних дір, які там знаходяться”.

Бінарні чорні діри мають тенденцію до злиття з часом (як показали спостереження гравітаційних хвиль), але дослідники з’ясували, що ця пара застрягла на такій відстані вже 3 мільярди років. Навряд чи вони зіллються найближчим часом – і їхня надзвичайна маса може бути причиною цього.

Для того, щоб такі об’єкти могли злитися, вони повинні втратити орбітальну енергію. Подвійні нейтронні зорі або подвійні чорні діри можуть це зробити, вивільняючи гравітаційну енергію, коли обертаються одна навколо одної. Для цих гігантських об’єктів цього недостатньо. Газ і зорі, що обертаються навколо них, можуть дати їм невеликий поштовх, вкравши частину цієї енергії.

Але схоже, що в цій масивній галактиці закінчився газ і зорі в центрі. Без них надмасивні чорні діри перебувають на стабільній орбіті одна навколо одної, і це також дозволило астрономам спостерігати ці два об’єкти.

“Зазвичай здається, що галактики з легшими парами чорних дір мають достатньо зірок і маси, щоб швидко зіштовхнути їх разом, – додає Романі. “Оскільки ця пара настільки важка, їй потрібно багато зірок і газу, щоб виконати роботу. Але бінарна вичистила центральну галактику від такої матерії, залишивши її застиглою і доступною для нашого дослідження”.

Якщо вони об’єднаються, гравітаційні хвилі, що вивільняться, будуть у сто мільйонів разів енергійнішими, ніж ті, що ми виявили досі. Але команда скептично ставиться до того, що це станеться. Інше злиття навряд чи відбудеться в майбутньому, але, можливо, газу буде достатньо, щоб врешті-решт змусити їх злитися.

“Ми з нетерпінням чекаємо на подальші дослідження ядра B2 0402+379, де ми подивимося, скільки газу там присутнє”, – додав провідний автор Тірт Сурті, аспірант Стенфордського університету. “Це дасть нам більше розуміння того, чи можуть надмасивні чорні діри з часом злитися, чи вони залишаться застряглими у вигляді бінарної системи”.

Можливість, або, можливо, неможливість, бінарного злиття надмасивних чорних дір була темою дискусій серед астрономів протягом десятиліть. Вона відома як проблема останнього парсека.