Сильнейшее искривление пространства-времени выявило присутствие одной из самых больших черных дыр, когда-либо обнаруженных во Вселенной – примерно в 32,7 млрд раз тяжелее Солнца.
В галактике в центре массивного скопления под названием Abell 1201, примерно в 2,7 млрд световых лет от нас, скрывается космический колосс. Не довольствуясь сверхмассивностью, монстр представляет собой супер-сверхмассивную черную дыру. Новейшая оценка ее веса превышает предыдущие как минимум на 7 млрд солнечных масс.
По объяснению физика Джеймс Найтингейл из Даремского университета (Великобритания), эта черная дыра, одна из самых больших из когда-либо обнаруженных, находится на верхнем пределе того, насколько большими могут быть черные дыры согласно современной теории, так что это чрезвычайно захватывающее открытие.
Во Вселенной есть много черных дыр, но если они не активно аккрецируют материал – процесс, который производит много света, поскольку материал нагревается перед падением в черную дыру – их нелегко обнаружить. Сами по себе черные дыры не излучают свет, который мы можем обнаружить, поэтому мы должны найти их, изучая влияние, которое они оказывают на окружающие их предметы.
Один из способов найти эти черные дыры – обнаружить эффект, называемый гравитационным линзированием. Это происходит, когда искривляется само пространство-время. Его можно представить в виде резинового листа, а черную дыру – в виде тяжелого груза на нем. Любой свет, проходящий через эту область пространства-времени, должен двигаться по искривленному пути, и это может показаться очень интересным наблюдателю.
Свет искажается, растягивается и часто увеличивается, что означает, что мы получаем искаженные изображения объектов на заднем плане, таких как далекие галактики. Эта линзирующая масса может быть небольшой, как черная дыра звездной массы, и в этом случае явление известно как микролинзирование, или больше, как в скоплениях галактик. Астрономы могут изучать этот искривленный свет, чтобы исследовать свойства линзирующей массы.
Центральная галактика, или ярчайшая галактика скопления (BCG) Abell 1201, представляет собой большую диффузную эллиптическую галактику, хорошо известную как сильная гравитационная линза. Галактика, находящаяся далеко за пределами БКГ, выглядит рядом с ней как вытянутое пятно, похожее на бровь. Этот мазок был обнаружен в 2003 году. В 2017 году астрономы обнаружили второе, более слабое пятно, еще ближе к галактическому центру.
Астрономы предположили, что это подразумевает наличие очень большой черной дыры в центре БКГ, но доступные данные не были достаточно подробными, чтобы определить центральную массу или раскрыть больше о том, что там было.
Найтингейл и его коллеги не только имели доступ к более поздним наблюдениям, но и разработали инструменты для их понимания. Они провели сотни тысяч симуляций движения света во Вселенной, изменения массы черной дыры в центре галактики в поисках результатов, которые воспроизводят линзирование, которое мы наблюдаем с помощью Abell 1021 BCG.
Все, кроме одной из их моделей, имели массивную черную дыру в центре галактики, в 32,7 млрд раз больше массы Солнца. Это включает дыру в сверхмассивный класс, массивнее 10 миллиардов Солнц и близко к теоретическому верхнему пределу для масс черных дыр в 50 миллиардов Солнц.
Это также масса, которая ставит черную дыру Abell 1021 BCG в десятку самых массивных черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Диаметр горизонта событий составит более 1290 астрономических единиц (от Плутона до Солнца их всего 40).
Свойства Abell 1201 как гравитационной линзы весьма специфичны, и вполне возможно, что детальное измерение массы черной дыры в БКГ было бы не столь достижимо при других обстоятельствах, но команда Найтингейла уверена, что их методы многообещающие для обнаружения и взвешивания других черных дыр в далекой Вселенной.
«Гравитационное линзирование позволяет изучать неактивные черные дыры, что в настоящее время невозможно в далеких галактиках», говорит Найтингейл. «Этот подход может позволить нам обнаружить гораздо больше черных дыр за пределами нашей локальной Вселенной и показать, как эти экзотические объекты эволюционировали еще дальше в космическое время».
И, возможно, предложить некоторые подсказки относительно того, как им удается расти такими большими.
