Астрономы обнаружили первые свидетельства существования гигантских черных дыр в карликовых галактиках, движущихся по пути столкновения. Этот результат рентгеновской обсерватории Чандра НАСА имеет важное значение для понимания того, как первая волна черных дыр и галактик росла в ранней Вселенной. Столкновения между парами карликовых галактик, выявленных в новом исследовании, притянули газ к гигантским черным дырам, которые каждая из них содержит, заставляя черные дыры расти. В конце концов вероятное столкновение черных дыр заставит их слиться в гораздо более крупные черные дыры. Пары галактик также сольются в одну.
Ученые считают, что Вселенная была наводнена маленькими галактиками, известными как «карликовые галактики», через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Большинство из них слились с другими в переполненном, меньшем объеме ранней Вселенной, что привело к строительству все более и более крупных галактик, наблюдаемых сейчас вокруг близлежащей Вселенной. Карликовые галактики по определению содержат звезды с общей массой, примерно в 3 миллиарда раз превышающей массу Солнца, по сравнению с общей массой примерно в 60 миллиардов масс Млечного Пути. Самые ранние карликовые галактики невозможно наблюдать с помощью современных технологий, потому что они чрезвычайно тусклые на больших расстояниях. Астрономы смогли наблюдать две в процессе слияния на гораздо более близких расстояниях к Земле, но без признаков черных дыр в обеих галактиках.
«Астрономы нашли много примеров черных дыр на курсах столкновений в крупных галактиках, которые находятся относительно близко», — сказал Марко Мичич из Университета Алабамы в Таскалузе, который руководил исследованием. «Но поиски их в карликовых галактиках гораздо сложнее и до сих пор не увенчались успехом». Новое исследование преодолело эти проблемы, внедрив систематический обзор глубоких рентгеновских наблюдений Chandra и сравнив их с инфракрасными данными, полученными с помощью Wide Infrared Survey Explorer (WISE) НАСА, и оптическими данными канадско-французско-гавайского телескопа (CFHT).
Чандра был особенно ценен для этого исследования, потому что материал, окружающий черные дыры, может нагреваться до миллионов градусов, производя большое количество рентгеновских лучей. Команда искала пары ярких источников рентгеновского излучения в сталкивающихся карликовых галактиках как свидетельство существования двух черных дыр и обнаружила два примера. «Мы идентифицировали первые две разные пары черных дыр в сталкивающихся карликовых галактиках», — сказала соавтор исследования Оливия Холмс из Университета Алабамы в Таскалузе. «Используя эти системы в качестве аналогов систем в ранней Вселенной, мы можем углубиться в вопросы о первых галактиках, их черных дырах и звездообразовании, вызванном столкновениями».
Одна пара находится в скоплении галактик Abell 133, расположенном в 760 миллионах световых лет от Земли. Другой находится в скоплении галактик Abell 1758S, которое находится на расстоянии около 3,2 миллиарда световых лет. Обе пары показывают структуры, которые являются характерными признаками столкновений галактик. Пара в Abell 133, по-видимому, находится на поздних стадиях слияния двух карликовых галактик и имеет длинный хвост, вызванный приливными эффектами от столкновения. Авторы нового исследования назвали его «Мирабилис» в честь исчезающего вида колибри, известного своими исключительно длинными хвостами. Было выбрано только одно название, потому что слияние двух галактик в одну почти завершено.
В Abell 1758S исследователи назвали сливающиеся карликовые галактики «Эльстир» и «Винтей» в честь вымышленных художников из «В поисках утраченного времени» Марселя Пруста. Исследователи считают, что эти две галактики были обнаружены на ранних стадиях слияния, в результате чего образовался мост из звезд и газа, соединяющий две сталкивающиеся галактики. Детали слияния черных дыр и карликовых галактик могут пролить свет на собственное прошлое нашего Млечного Пути. Ученые считают, что почти все галактики начинались как карликовые или другие типы маленьких галактик и росли в течение миллиардов лет в результате слияний.
«Большинство карликовых галактик и черных дыр в ранней Вселенной, вероятно, к настоящему времени стали намного больше благодаря неоднократным слияниям», — сказала соавтор Бренна Уэллс, также из Университета Алабамы в Таскалузе. «В некотором смысле карликовые галактики — это наши галактические предки, которые эволюционировали в течение миллиардов лет, чтобы создать большие галактики, подобные нашему Млечному Пути». «Последующие наблюдения за этими двумя системами позволят нам изучить процессы, которые имеют решающее значение для понимания галактик и их черных дыр в младенчестве», — сказал соавтор Джимми Ирвин, также из Университета Алабамы в Таскалузе. Статья с описанием этих результатов опубликована в последнем выпуске The Astrophysical Journal, а само исследование доступно на сервере препринтов arXiv.
