Астрономы нашли скрытую сокровищницу массивных черных дыр
Группа исследователей из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл обнаружила ранее упущенную из виду сокровищницу массивных черных дыр в карликовых галактиках. Недавно обнаруженные черные дыры позволяют заглянуть в историю жизни сверхмассивной черной дыры в центре нашей собственной галактики Млечный Путь.
Недавно обнаруженные массивные черные дыры находятся в карликовых галактиках, где их излучение конкурирует со светом многочисленных молодых звезд. Авторы и права: НАСА и ЕКА/Хаббл, художественная концепция черной дыры со струей М. Полимера.
Считается, что Млечный Путь — гигантская спиральная галактика, образовавшаяся в результате слияния множества меньших карликовых галактик . Например, Магеллановы Облака, видимые в южной части неба, представляют собой карликовые галактики, которые сольются с Млечным Путем. Каждый упавший карлик может принести с собой центральную массивную черную дыру, в десятки или сотни тысяч раз превышающую массу нашего Солнца, которой потенциально суждено быть поглощенной центральной сверхмассивной черной дырой Млечного Пути.
Но неизвестно, как часто карликовые галактики содержат массивную черную дыру, что оставляет ключевой пробел в нашем понимании того, как черные дыры и галактики срастаются. Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal , помогает заполнить этот пробел, обнаружив, что массивные черные дыры во много раз чаще встречаются в карликовых галактиках, чем считалось ранее.
«Этот результат действительно поразил меня, потому что эти черные дыры раньше прятались у всех на виду», — сказал Мугдха Полимера, ведущий автор исследования и доктор философии UNC-Chapel Hill.
Отправка смешанных сообщений
Черные дыры обычно обнаруживаются, когда они активно растут, поглощая газ и звездную пыль, вращающиеся вокруг них, что заставляет их интенсивно светиться.
UNC-Chapel Hill Профессор Шейла Каннаппан, доктор философии Полимеры. советник и соавтор исследования сравнил черные дыры со светлячками.
«Как и светлячки, мы видим черные дыры только тогда, когда они освещены — когда они растут — и освещенные дыры дают нам представление о том, сколько из них мы не можем видеть».
Проблема в том, что в то время как растущие черные дыры светятся характерным высокоэнергетическим излучением, молодые новорожденные звезды тоже могут. Традиционно астрономы отличали растущие черные дыры от нового звездообразования, используя диагностические тесты, основанные на подробных характеристиках видимого света каждой галактики, когда они распространяются в спектр, подобный радуге.
Путь к открытиям начался, когда студенты бакалавриата, работавшие с Каннаппаном, попытались применить эти традиционные тесты к данным обзора галактик. Команда поняла, что некоторые галактики посылают смешанные сообщения: два теста укажут на рост черных дыр, а третий укажет только на звездообразование.
«Предыдущая работа просто отбрасывала неоднозначные случаи, подобные этому, из статистического анализа, но у меня было предчувствие, что они могут быть неоткрытыми черными дырами в карликовых галактиках», — сказал Каннаппан. Она подозревала, что третий, иногда противоречивый, тест был более чувствителен, чем два других, к типичным свойствам карликов: их простому элементному составу (в основном первичный водород и гелий от Большого взрыва) и их высокой скорости образования новых звезд.
Соавтор исследования Крис Ричардсон, адъюнкт-профессор Университета Элона, подтвердил с помощью теоретического моделирования, что результаты теста со смешанными сообщениями точно соответствуют тому, что теория предсказывает для карликовой галактики с первоначальным составом и сильным звездообразованием, содержащей растущую массивную черную дыру. «Тот факт, что мои симуляции совпали с тем, что обнаружила группа Каннаппа, вдохновил меня на изучение последствий эволюции галактик», — сказал Ричардсон.
Перепись растущих черных дыр
Полимера взялась за создание новой переписи растущих черных дыр, уделяя внимание как традиционным, так и смешанным типам сообщений. Она получила опубликованные измерения спектральных характеристик видимого света для проверки наличия черных дыр в тысячах галактик, обнаруженных в ходе двух исследований, проведенных Kannappan, RESOLVE и ECO. Эти обзоры включают ультрафиолетовые и радиоданные, идеально подходящие для изучения звездообразования, и имеют необычный дизайн: в то время как в большинстве астрономических обзоров отбираются образцы, благоприятствующие большим и ярким галактикам, RESOLVE и ECO представляют собой полный перечень огромных объемов современной Вселенной, в которых карликовые галактики многочисленны.
«Для меня было важно, чтобы мы не смещали наш поиск черных дыр в сторону карликовых галактик», — сказал Полимера. «Но, просмотрев всю перепись, я обнаружил, что новый тип растущих черных дыр почти всегда обнаруживается у карликов. Я был ошеломлен цифрами, когда впервые увидел их».
Более 80 процентов всех растущих черных дыр, обнаруженных ею в карликовых галактиках, принадлежали к новому типу.
Результат показался слишком хорошим. «Мы все нервничали, — сказал Полимера. «Первый вопрос, который пришел мне в голову, был: не упустили ли мы способ, которым одно только экстремальное звездообразование могло бы объяснить эти галактики?» Она провела исчерпывающий поиск альтернативных объяснений, связанных с образованием звезд, неопределенностью моделирования или экзотической астрофизикой. В конце концов, команда была вынуждена сделать вывод, что недавно идентифицированные черные дыры были реальными.
«Мы все еще щипаем себя», — сказал Каннаппан. «Мы рады реализовать миллион дополнительных идей. Обнаруженные нами черные дыры являются основными строительными блоками сверхмассивных черных дыр, подобных той, что находится в нашем собственном Млечном Пути. Мы так много хотим о них узнать».
