60 млрд Солнц в одной точке: что скрывает самая тяжелая пара черных дыр?

В центре далекой галактики есть совершенно беззвездная область, которая тянется на 3200 световых лет. Ученые заметили ее еще в 2018 году, но тогда астрофизики решили, что это просто пыль заслоняет свет. Однако новое исследование опровергло эту гипотезу. Почему? И что вообще на самом деле творится в этой области тьмы? Ответ оказался неожиданным даже для астрономов, которые привыкли к экстремальным явлениям.

Сверхъестественная пустота

Галактика под названием Abell 402-BCG находится на расстоянии 4,4 миллиарда световых лет от нас. В ее самом центре астрономы обнаружили темную зону диаметром 3200 световых лет. Она не излучает ничего — ни видимого света, ни тепла, ни рентгеновских лучей. Первое объяснение казалось очевидным: гигантское облако космической пыли закрывает звезды, которые находятся за ним.



В 2018 году эта версия ни у кого не вызывала сомнений. Но в 2023 году вышли новые данные. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» и Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории заглянули в эту область детальнее. Результаты опубликовали 23 апреля в журнале Astrophysical Journal Letters. Выяснилось, что никакой пыли там нет. Вообще нет звезд. Область пуста, если… не считать двух сверхмассивных черных дыр, которые вращаются друг вокруг друга.

Их общая масса равно примерно 60 миллиардам масс нашего Солнца. Это как минимум вдвое больше, чем у любой другой пары черных дыр, которую когда-либо находили в подобном состоянии. Ученые из Массачусетского технологического института под руководством Майкла Макдональда подтвердили: перед ними рекордная пара.

Танго черных дыр

Когда две галактики сталкиваются, все их содержимое смешивается. Черные дыры, которые раньше сидели в центре каждой галактики, начинают притягиваться друг к другу. Гравитация заставляет их кружить по сжимающимся орбитам в своеобразном танго. Со временем они должны слиться в одну еще более крупную черную дыру. Этот процесс занимает миллионы и десятки миллионов лет.



В случае Abell 402-BCG астрономы считают, что столкновение галактик уже произошло. Пара черных дыр существует всего несколько десятков миллионов лет. Для астрономии это очень маленький срок. Самое интересное, что во время этого сближения черные дыры вышвыривают все звезды, которые оказываются поблизости. Гравитационные возмущения разбрасывают звезды в стороны, и в центре галактики образуется пустая область без света.

Именно это и наблюдают ученые. Они видят темное пятно диаметром 3200 световых лет, потому что черные дыры буквально расчистили пространство вокруг себя. Ни пыли, ни газа, ни звезд — только два невидимых гиганта, которые продолжают сближаться.

Почему так важно это открытие?

Подобные сверхтяжелые пары черных дыр попадаются очень редко. До сих пор ученые лишь несколько раз находили одиночные черные дыры с массой больше 60 миллиардов Солнц. Увидеть две таких махины в процессе слияния — это исключительная удача. Редкость объясняется тем, что сам по себе большой вес встречается нечасто, а стадия тесного сближения длится относительно недолго.

Кроме того, такую пару трудно разглядеть. Вокруг нее нет ярких звезд, нет привычных ориентиров. Темная область на снимках выглядит как пустота. Только самые мощные телескопы способны понять, что на самом деле скрывается за этой чернотой. Космический глаз «Джеймса Уэбба» и наземные инструменты Европейской южной обсерватории с этой задачей справились.



Ученые планируют использовать эти результаты для двух целей. Во-первых, чтобы оценить, как часто сверхмассивные черные дыры сливаются во Вселенной. Во-вторых, чтобы понять, как такие слияния влияют на галактики, в которых они происходят.
Пара в Abell 402-BCG обречена на объединение. Когда это случится, из двух черных дыр получится одна. И, скорее всего, это будет из самых больших черных дыр за всю историю космоса.

Это интересно

В середине XIX века астроном Леверье заметил аномалию: орбита Меркурия смещалась быстрее, чем предсказывала теория Ньютона. Чтобы это объяснить, в 1859 году выдвинули гипотезу о неизвестной планете Вулкан внутри орбиты Меркурия. Ее долго искали, но не нашли. В 1915 году Эйнштейн объяснил парадокс общей теорией относительности, и о Вулкане забыли.

Недавно физик Погосян предложил новую версию: возможно, Вулкан все же существует, но это не планета, а первичная черная дыра (ПЧД) планетарной массы. ПЧД образовались через доли секунды после Большого взрыва из сверхплотных областей материи. Такая дыра с массой около 1,6 массы Меркурия имела бы размер всего 0,7 миллиметра. Она слишком мала, чтобы ее заметили телескопы XIX и XX веков, но ее гравитация могла бы влиять на Меркурий.



Так что вполне возможно, что черная дыра находится у нас прямо под носом. Кстати, Погосян предложил достаточно простой способ, чтобы проверить его гипотезу. Надо некоторое время последить за астероидом под названием Икар. Его орбита должна испытывать сильное (а главное, заметное влияние) от гипотетической ПЧД. Поэтому высокоточные наблюдения за Икаром либо подтвердят наличие черной дыры в Солнечной системе, либо окончательно закроют эту историю.