Сверхмассивная черная дыра может находиться в соседней карликовой галактике Leo 1

В космическом соседстве Млечного Пути есть маленькая галактика под названием Leo 1. Это карликовая сфероидальная галактика, которая находится менее чем в миллионе световых лет от нас. Удивительно, но в ней есть сверхмассивная черная дыра примерно такой же массы, как Стрелец А* в нашей галактике. Это необычно по нескольким причинам, и астрономы хотят знать об этом больше.

Название центральной сверхмассивной черной дыры — Leo 1*. Саму галактику трудно наблюдать из-за ее близости к яркой звезде Регул. Leo 1* также сложно обнаружить. Теперь астрономы разрабатывают метод ее изучения и выяснения того, как сверхмассивная черная дыра может существовать в такой маленькой галактике.

«Черные дыры — очень неуловимые объекты, и иногда им нравится играть с нами в прятки», — сказал Фабио Пакуччи, ведущий автор исследования. «Лучи света не могут покинуть свои горизонты событий, но окружающая их среда может быть чрезвычайно яркой — если в их гравитационный колодец попадает достаточно материала. Но если черная дыра не аккрецирует вещество, она не излучает света, и ее становится невозможно обнаружить с помощью телескопов».

Существование сверхмассивной черной дыры в этой галактике было предположено в 2021 году астрономами, которые заметили, что звезды в центре Leo 1 ускоряются по мере их приближения к нему.

Это довольно хорошее свидетельство существования черной дыры. Однако визуализировать выбросы любого материала, движущегося по спирали в черную дыру, было невозможно. Таким образом, черная дыра Leo 1 оставалась вне досягаемости.

Что делает эту сверхмассивную черную дыру в карликовой галактике такой сложной задачей для понимания?

Leo 1 — галактика с очень низким содержанием металлов, как и многие другие подобные ей. Конечно, там есть звезды, но не так много газа. До недавнего времени астрономы не думали, что у этих типов галактик есть центральные сверхмассивные черные дыры. Это потому, что они растут, питаясь газом и другим материалом, который подбирается слишком близко. Бедная металлами и газом галактика просто не кажется подходящей средой для такого гиганта, как Leo 1.

Leo 1 также является довольно молодой галактикой. В последний раз она прошла через эпоху звездообразования, начавшуюся около 6 миллиардов лет назад и закончившуюся около миллиарда лет назад. Звездообразование поглощает много газа. Кроме того, поскольку эта галактика вращается вокруг Млечного Пути, близкий проход мог унести много газа.

Это также замедлило бы скорость звездообразования и лишило бы черную дыру необходимого ей топлива. Итак, остается много вопросов, первый из которых: если в Leo 1 есть черная дыра массой 3 миллиона солнечных, то как она стала такой большой? Явно из чего-то она образовалась, и до сих пор растет, хоть и медленно. Кроме того, поскольку она не яркая, как ее можно наблюдать?

Фабио Пакуччи и его партнер по исследованиям Ави Леб предлагают использовать красные гиганты в качестве индикаторов для отслеживания активности сверхмассивной черной дыры.

«В нашем исследовании мы предположили, что небольшое количество массы, потерянной из-за звезд, блуждающих вокруг черной дыры, может обеспечить скорость аккреции, необходимую для ее наблюдения», — пояснил Фабио Пакуччи. «Старые звезды становятся очень большими и красными — мы называем их красными гигантами. У красных гигантов обычно сильные ветры, которые уносят часть их массы в окружающую среду. Пространство вокруг Leo I*, похоже, содержит достаточное количество этих древних звезд, чтобы его можно было наблюдать».

Это интересная методология, которая должна позволить получить больше информации о черной дыре и ее окружении. Все это также поднимает много вопросов о самом существовании этой сверхмассивной черной дыры.

«Наблюдение за Leo I* может стать прорывом», — говорят ученые. «Это будет вторая ближайшая сверхмассивная черная дыра после той, что находится в центре нашей галактики, с очень похожей массой, но расположенная в галактике, которая в тысячу раз менее массивна, чем Млечный Путь. Этот факт бросает вызов всему, что мы знаем о совместной эволюции галактик и их центральных сверхмассивных черных дыр».

Большинство галактик содержат центральные сверхмассивные черные дыры, которые составляют небольшой процент от их общей массы. Это верно для Млечного Пути.

Но Leo 1* ломает стереотипы. «В случае с Leo I, — сказал Ави Леб, — мы ожидаем гораздо меньшую черную дыру. Вместо этого Leo I, похоже, содержит черную дыру, масса которой в несколько миллионов раз превышает массу Солнца — она сравнима с той, что находится в Млечном Пути. Это захватывающе, потому что наука обычно продвигается вперед больше всего, когда происходит что-то неожиданное».

Хотя нет возможности сфотографировать Leo 1* в видимом свете, оказывается, что радиообсерватории могут сфокусироваться на ней. Астрономы уже наблюдали ее с помощью рентгеновской обсерватории Чандра и других телескопов

Эти наблюдения должны подтвердить существование черной дыры и дать некоторое представление о скорости ее аккреции.

Динамический анализ темной материи и массы центральной черной дыры в карликовом сфероидальном Leo I (PDF)