Галактические столкновения представляют собой захватывающие события масштаба, на которые способны лишь самые массивные объекты Вселенной. В центре этих столкновений находятся сверхмассивные черные дыры (СМЧД), которые участвуют в хаотичном орбитальном танце, в конечном итоге сливаясь в одно единственное звено. В процессе этого слияния существует вероятность того, что черные дыры будут «выброшены» из центра своих галактик. Поиск таких «рекулирующих» черных дыр остается сложной задачей в космологии на протяжении многих лет. Недавняя работа международной команды исследователей, опубликованная на arXiv, предложила новый подход для нахождения этих быстро движущихся монстров.
МЕХАНИЗМ РЕКУЛИРОВАНИЯ ЧЕРНЫХ ДЫР
При слиянии черных дыр, в случае если они имеют несогласованные вращения или различие в массе, согласно общей теории относительности Эйнштейна, происходит эмиссия гравитационных волн в одном направлении. Это приводит к нарастающему моменту в противоположном направлении. Эти черные дыры могут ускоряться до скорости сотен, а иногда и тысяч километров в секунду.
Новизна исследования заключается в том, что авторы сосредоточились на том, что происходит с окружением черных дыр в момент, когда их выбрасывает из галактических центров. Предполагается, что их скорость будет связана с количеством пыли, окружающей их. Исследователи использовали тренд, предсказанный в симуляциях несколько десятилетий назад, чтобы доказать, что, когда СМЧД выбрасывается, она перетаскивает свой внутренний аккреционный диск, представленный областью широких линий, где наблюдается экстремальное доплеровское смещение, которое размывает эмиссионные линии.
КАК ИЗМЕРИТЬ СКОРОСТЬ ЧЕРНЫХ ДЫР
В отличие от более рассеянных облаков пыли, находящихся вдали от черной дыры, которые остаются на месте, когда СМЧД выбрасывается, эти облака фиксируются при помощи спектрографического сигнала, называемого узкой областью линий. Эти облака больше связаны с самой галактикой, и поэтому не следуют за черной дырой немедленно. Измерение смещения длины волны между широкой областью линий и узкой областью линий позволяло исследователям вычислить смещение скорости черной дыры. Сочетание этого с измерением количества пыли вокруг каждого квазара, где черные дыры с высокой скоростью предполагались окруженными большей долей пыли, дало возможность статистически разделить черные дыры, которые были подвержены выбрасыванию, от тех, которые оставались в покое.
РЕЗУЛЬТАТЫ И СЛОЖНОСТИ
В результате было получено значительное положительное корреляционное соотношение между смещением скорости квазара и количеством пыли вокруг него. Однако, для подтверждения своих данных, исследователи провели аналогичный анализ, используя только узкие области линий друг против друга, чтобы убедиться, что корреляция не является случайной. В этом случае корреляция исчезла, что подтвердило надежность первоначального результата.
Тем не менее, в исследовании обнаружилась одна проблема: СМЧД, которые выглядят как голубо-смещенные (движущиеся к нам), оказались более затененными пылью, в отличие от тех, которые удаляются от нас. Это противоречит тому, что ожидалось в рамках чистой модели рекулирования. Тем не менее, команда выдвинула несколько возможных объяснений, включая искажения в подгонке спектральных линий или менее изученные физические процессы, воздействующие на черные дыры одновременно.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ БУДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Важно отметить, что это исследование является статистическим, и демонстрирует лишь корреляцию, но не причинно-следственную связь. Оно открывает интересную перспективу для будущих наблюдений, например, с помощью следующего поколения обсерваторий гравитационных волн, таких как миссия LISA (Laser Interferometer Space Antenna) Европейского космического агентства. Авторы предполагают, что до 50% известных квазаров могут быть результатом относительно недавнего слияния черных дыр. Если это так, то космические обсерватории соберут огромное количество данных, позволяя нам в конечном итоге найти надежный способ отслеживания этих массивных, быстро движущихся космологических титанов.
