|
Убегающая сверхмассивная черная дыра
|
|
|
|
Черные дыры — это удивительные области в космосе, где гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Самые большие известные черные дыры, называемые сверхмассивными черными дырами, содержат массу в миллионы и миллиарды раз превышающую массу Солнца и обычно расположены в центрах галактик.
|
|
|
|
Около трех лет назад астрономы наблюдали «убегающую» сверхмассивную черную дыру, которая, как казалось, двигалась в космосе со скоростью почти 1000 км/с (620 миль в секунду). Эта черная дыра была обнаружена как космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), так и космическим телескопом Хаббла (HST), двумя крупнейшими космическими обсерваториями, построенными на сегодняшний день.
|
|
|
|
Исследователи из Института теоретической физики Кавли (KITP), Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) и Техасского университета в Остине недавно попытались пролить больше света на происхождение этой движущейся черной дыры, известной как RBH-1. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, авторы предполагают, что черная дыра могла быть выброшена в космос в результате слияния двух сверхмассивных черных дыр.
|
|
|
|
«Хотя ранее уже предлагались гипотезы о сверхмассивных черных дырах, отталкивающих друг друга, RBH-1 — это первый убедительный пример сверхмассивной черной дыры, которая, по-видимому, была выброшена из центра своей галактики, вероятно, в результате мощного отталкивания гравитационных волн после слияния двух сверхмассивных черных дыр», — сказал Phys.org Тусиф Ислам, первый автор статьи.
|
|
|
|
|
|
|
«Это впечатляющее подтверждение одного из самых захватывающих предсказаний общей теории относительности Эйнштейна. Для нас это открытие естественным образом привело к следующему вопросу».
|
|
|
|
Реконструкция слияния, предшествовавшего слиянию RBH-1
|
|
|
|
В более ранней работе Ислам и другие исследователи показали, что черная дыра, оставшаяся после слияния черных дыр, может быть выброшена в космос с высокой скоростью отдачи, или «толчком», достигающей 5000 км/с (3100 миль в секунду). Таким образом, слияние черных дыр потенциально может объяснить поведение быстро движущейся черной дыры RBH-1, наблюдаемой телескопами JWST и HST.
|
|
|
|
В сотрудничестве с Теджасви Венумадавом и Дигвиджаем Вадекаром Ислам поставил перед собой задачу реконструировать слияние черных дыр, которое могло вызвать сильную гравитационную отдачу (т.е. «толчок»), заставившую RBH-1 двигаться с такой высокой скоростью в космосе. Для этого они использовали сочетание теоретических моделирований и теоретических концепций.
|
|
|
|
«Мы задались вопросом: могут ли наблюдаемые свойства RBH-1 раскрыть массы и спины двух сверхмассивных черных дыр, которые слились около 70 миллионов лет назад?» — сказал Ислам. «В более широком смысле, можем ли мы использовать убегающую черную дыру как окно в историю слияния галактик, которое мы больше не можем наблюдать напрямую? Главная цель нашей работы заключалась в том, чтобы ответить на эти вопросы».
|
|
|
|
Большинство слияний черных дыр производят относительно небольшие отдачи, которые были бы слишком малы, чтобы выбросить образовавшуюся, слившуюся черную дыру из своей галактики. Чтобы реконструировать слияние, которое заставило RBH-1 так быстро двигаться в пространстве, исследователи начали с оценки скорости, с которой она двигалась после того, как была выброшена из своей галактики.
|
|
|
|
«Как эксперты в области гравитационно-волновой астрономии, мы подошли к проблеме как к криминалистическому расследованию», — объяснил Ислам. «Ключевой подсказкой стала необычайная скорость RBH-1 — почти 1000 км/с (620 миль в секунду), — полученная на основе наблюдений HST и JWST. Наш вопрос был прост: какой тип слияния двойных сверхмассивных черных дыр мог вывести черную дыру на такую невероятную скорость?
|
|
|
|
Чтобы ответить на этот вопрос, мы объединили наблюдательные измерения с теоретическими моделями слияния двойных черных дыр, разработанными на основе высокоточных численных моделирований относительности, которые решают уравнения Эйнштейна на суперкомпьютерах, а также с теорией возмущений черных дыр».
|
|
|
|
Теоретические модели, на которые опиралась команда, предсказывают вклад масс и спинов двух сливающихся черных дыр в массу, спин и скорость отдачи остаточной черной дыры, образовавшейся в результате слияния. Затем исследователи сравнили миллионы возможных конфигураций исходных двойных черных дыр с наблюдаемыми свойствами RBH-1.
|
|
|
|
«Это позволило нам определить комбинации, наиболее согласующиеся с данными, и наложить количественные ограничения на исходную систему», — сказал Ислам. «Мы показали, что слияние, скорее всего, произошло с участием двух сверхмассивных черных дыр с соотношением масс менее 6:1, при этом большая черная дыра быстро вращалась, и что двойная система, вероятно, прецессировала перед слиянием».
|
|
|
|
Это исследование показывает, что реконструкции слияний сверхмассивных черных дыр могут быть использованы для выявления физических свойств, которые могли привести к появлению конкретных сверхмассивных черных дыр. Используя этот подход, Ислам, Венумадав и Вадекар смогли определить свойства двух сверхмассивных черных дыр, которые слились, образовав RBH-1, и получить представление о слиянии галактик, которое могло привести к их объединению.
|
|
|
|
«В более широком смысле, наша работа показывает, как астрономические наблюдения и теоретические модели, основанные на общей теории относительности Эйнштейна, могут быть объединены, чтобы «отмотать время назад» и раскрыть историю замечательных космических событий», — сказал Ислам.
|
|
|
|
«В перспективе мы надеемся, что эта работа откроет новый путь для изучения слияний сверхмассивных черных дыр. По мере того, как JWST, космический телескоп Нэнси Грейс Роман и будущие обсерватории будут обнаруживать все больше сливающихся сверхмассивных черных дыр, тот же подход может быть использован для реконструкции истории их слияний и лучшего понимания того, как галактики и их центральные черные дыры эволюционируют вместе».
|
|
|
|
В будущем усилия этой исследовательской группы могут дополнить прямые наблюдения гравитационных волн слияний сверхмассивных черных дыр, полученные с помощью космического лазерного интерферометра LISA (LISA). LISA — это космическая обсерватория гравитационных волн, создаваемая Европейским космическим агентством (ESA) в партнерстве с NASA.
|
|
|
|
В настоящее время исследователи работают над дальнейшим улучшением моделирования слияний двойных черных дыр. В частности, они планируют разработать более точные теоретические модели слияний двойных черных дыр на основе теории общей относительности Эйнштейна.
|
|
|
|
«Мы также надеемся применить использованные нами методы к будущим открытиям отдачи сверхмассивных черных дыр, полученным с помощью телескопа JWST, космического телескопа Нэнси Грейс Роман и других обсерваторий», — добавил Ислам.
|
|
|
|
«По мере роста числа наблюдаемых систем мы сможем реконструировать историю их слияний и получить более глубокое понимание того, как сверхмассивные черные дыры и их галактики-хозяева эволюционируют вместе. В конечном итоге мы надеемся, что эти усилия дополнят будущие наблюдения гравитационных волн слияний сверхмассивных черных дыр, проводимые LISA, и позволят получить более полную картину этих необычайных событий».
|
|
|
|
Источник
|
|
|
