В галактике Андромеды нашли черную дыру промежуточной массы

Редкое сокровище, которое может пролить свет на эволюцию черных дыр, только что было обнаружено у ближайшего крупного соседа Млечного Пути.

В звездном скоплении в галактике Андромеды, известном как M31, астрономы изучили изменения в освещении, чтобы идентифицировать черную дыру, чья масса почти в 100000 раз превышает массу Солнца. Это помещает зверя прямо в режим “промежуточной массы“ - одновременно неуловимый и очень востребованный астрономами из-за вопросов, на которые они могут ответить.

“В этой статье, - написала международная группа астрономов во главе с Ренукой Печетти из Ливерпульского университета Джона Мурса в Великобритании, - мы используем модели массы и кинематику с высоким разрешением, чтобы представить обнаружение черного вещества промежуточной массы с массой ~ 100000 солнечных (IMBH) со значимостью более 3-х сигм“.

Их работа была размещена на сервере препринтов arXiv и принята к публикации Американским астрономическим обществом (AAS).

Черные дыры - очень хитрые звери. Если они не активно аккрецируют материю - процесс, который генерирует невероятно яркое излучение, они не излучают света, который мы можем обнаружить. Это делает их поиск делом детективной работы, глядя на то, что происходит в их окружающем пространстве.

Один из таких ключей к разгадке наличия черной дыры - это орбиты объектов вокруг них. Большинство черных дыр, которые мы обнаружили с помощью различных методов, попадают в два диапазона масс. Есть черные дыры звездной массы, примерно в 100 раз превышающие массу Солнца; и сверхмассивные черные дыры, которые начинаются с низкого диапазона, примерно в миллион раз превышающего массу Солнца (и оттуда могут стать невероятно громоздкими).

Посередине находится диапазон, классифицируемый как промежуточный, и сказать, что эти черные дыры обнаруживаются редко, будет преуменьшением.

На сегодняшний день количество обнаружений IMBH остается невероятно низким. Это что-то вроде досады; без черных дыр промежуточной массы ученые пытаются понять, как могут сосуществовать два совершенно разных режима масс.

Сплошная популяция черных дыр в промежуточном диапазоне масс может помочь нам преодолеть разрыв, предлагая механизм, с помощью которого черные дыры звездной массы могут превращаться в гигантских размеров.

Это подводит нас к Андромеде; в частности, шаровое звездное скопление в Андромеде под названием B023-G078. B023-G078 - самое массивное такое звездное скопление в галактике, примерно сферическое, гравитационно связанное скопление звезд с тактовой частотой 6,2 миллиона солнечных масс.

Согласно моделям, один из способов образования этих скоплений - это когда одна галактика поглощает другую. Это очень распространенное явление ; Млечный Путь делал это несколько раз , как и Андромеда . Шаровидные скопления могут быть тем, что осталось от ядер галактик меньшего размера, которые становятся частью более крупных, черных дыр и всего остального.

Это то, что Печетти и ее коллеги считают историей происхождения B023-G078. Они изучили содержание металлов в скоплении, основываясь на едва различимых сигнатурах излучаемого им света, и определили, что его возраст составляет около 10,5 миллиардов лет, с металличностью, аналогичной металличности других ядер галактик в Млечном Пути.

Затем они изучили, как звезды движутся вокруг центра скопления, чтобы попытаться вычислить массу черной дыры, которая должна там находиться. В результате получилось около 91000 солнечных масс, что составляет около 1,5% массы скопления.

Это говорит о том, что родительская галактика B023-G078 была карликовой галактикой с массой около миллиарда солнечных масс. Масса Большого Магелланова Облака - карликовой галактики, вращающейся вокруг Млечного Пути - оценивается в 188 миллиардов солнечных масс, а масса Андромеды оценивается примерно в 1,5 триллиона солнечных масс.

Возможно, что-то еще объясняет наблюдения, но ни одна из альтернатив, исследованных командой, не соответствует данным, как черная дыра промежуточной массы.

“Мы поддерживаем присутствие одной IMBH, учитывая другие признаки того, что B023-G78 является лишенным ядром, а также видимую компактность темного компонента“, - написали они в своей статье. “Данные с более высоким пространственным разрешением позволят улучшить ограничения на природу центральной темной массы и должны стать приоритетом в грядущей эре сверхбольших телескопов“. Документ команды доступен на arXiv и будет опубликован AAS.