Сверхмассивная сверхмассивная черная дыра, «не похожая ни на что, виденное ранее»

Странный мост диаметром 200 000 световых лет соединяет галактику с убегающей черной дырой

Вселенная настолько непостоянна, что даже самые незначительные вещи, которые могут остаться незамеченными, могут иметь серьезные последствия. Именно это случилось с астрономом из Йельского университета Питером ван Доккумом, когда он исследовал[{» attribute=»»>Hubble Space Telescope images and noticed a suspected blemish that looked like a scratch on photographic film. For Hubble’s electronic cameras, cosmic rays skimming along the detector look like “scratches.” But once spectroscopy was done on the oddball streak van Dokkum realized it was really a 200,000-light-year-long chain of young blue stars located over halfway across the universe! van Dokkum and his colleagues believe that it stretches between a runaway monster back hole and the galaxy it was ejected from. The black hole must be compressing gas along its wake, which condenses to form stars. Nothing like it has ever been seen anywhere else in the universe before.

This is an artist’s impression of a runaway supermassive black hole that was ejected from its host galaxy as a result of a tussle between it and two other black holes. As the black hole plows through intergalactic space it compresses tenuous gas in front to it. This precipitates the birth of hot blue stars. This illustration is based on Hubble Space Telescope observations of a 200,000-light-year-long “contrail” of stars behind an escaping black hole. Credit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Hubble Space Telescope Sees Possible Runaway Black Hole Creating a Trail of Stars

There’s an invisible monster on the loose, barreling through intergalactic space so fast that if it were in our solar system, it could travel from Earth to the Moon in 14 minutes. This supermassive black hole, weighing as much as 20 million Suns, has left behind a never-before-seen 200,000-light-year-long “contrail” of newborn stars, twice the diameter of our Milky Way galaxy. It’s likely the result of a rare, bizarre game of galactic billiards among three massive black holes.

Rather than gobbling up stars ahead of it, like a cosmic Pac-Man, the speedy black hole is plowing into gas in front of it to trigger new star formation along a narrow corridor. The black hole is streaking too fast to take time for a snack. Nothing like it has ever been seen before, but it was captured accidentally by NASA’s Hubble Space Telescope.

“We think we’re seeing a wake behind the black hole where the gas cools and is able to form stars. So, we’re looking at star formation trailing the black hole,” said Pieter van Dokkum of Yale University in New Haven, Connecticut. “What we’re seeing is the aftermath. Like the wake behind a ship we’re seeing the wake behind the black hole.” The trail must have lots of new stars, given that it is almost half as bright as the host galaxy it is linked to.

Черная дыра находится на одном конце столба, который простирается в родительскую галактику. На внешнем конце ствола имеется заметный яркий узелок ионизированного кислорода. Исследователи считают, что газ может быть сотрясен и нагрет из-за движения черной дыры, сталкивающейся с газом, или это может быть излучение аккреционного диска вокруг черной дыры. «Газ перед ним сотрясается от этого сверхзвукового удара и высокой скорости движения черной дыры через газ. Как именно это работает, на самом деле неизвестно», — сказал Ван Доккум.

«Это чистая случайность, мы только что наткнулись на нее», — добавил Ван Доккум. Он искал шаровые скопления в соседней карликовой галактике. «Я просто просматривал изображение Хаббла и заметил, что у нас есть небольшая полоса. Я сразу подумал: «О, космический луч попадает в детектор камеры и вызывает линейный артефакт изображения». Когда мы удалили космические лучи, мы поняли, что они были все еще там. Это было ни на что не похоже. Мы видели это раньше ».

На этом архивном изображении, полученном космическим телескопом Хаббла, запечатлена странная линейная особенность, настолько необычная, что сначала она была отклонена как артефакт изображения с камер Хаббла. Но последующие спектроскопические наблюдения выявили цепочку молодых голубых звезд диаметром 200 000 световых лет. На конце моста в левом нижнем углу находится сверхмассивная черная дыра. Черная дыра была выброшена из галактики в правом верхнем углу. Газ сжимался на своем пути, оставляя за собой длинный след из молодых голубых звезд. Ничего подобного ранее во Вселенной не наблюдалось. Это необычное событие произошло, когда Вселенная была примерно в половину своего нынешнего возраста. Авторы и права: Наука: НАСА, ЕКА, Питер ван Доккум (Йель), Обработка изображений: Джозеф ДиПаскуаль (STScI)

Поскольку это было так странно, Ван Доккум и его команда провели дополнительную спектроскопию в обсерватории В. М. Кека на Гавайях. Он описывает звездный след как «очень удивительный, очень яркий, очень необычный». Это привело к выводу, что он наблюдал за эффектом отскока черной дыры через газовое гало, окружающее родительскую галактику.

Этот межгалактический взрыв, вероятно, является результатом множественных столкновений сверхмассивных черных дыр. Астрономы считают, что первые две галактики слились примерно 50 миллионов лет назад. Это объединило две сверхмассивные черные дыры в их центре. Они вращались вокруг друг друга, как бинарная черная дыра.

Затем появилась другая галактика со своей собственной сверхмассивной черной дырой. Это следует из древней идиомы: «компания из двух и толпа из трех». Смешение трех черных дыр привело к образованию хаотичного и нестабильного образования. Одна черная дыра лишила другую черную дыру ее импульса и была выброшена из родительской галактики. Возможно, исходная бинарная система осталась нетронутой, или, возможно, новая промежуточная черная дыра заменила одну из двух, которые были в исходной бинарной системе, вытеснив предыдущего компаньона.

Когда одиночная черная дыра вылетела в одном направлении, бинарные черные дыры вылетели в противоположном направлении. Особенностью, видимой на дальней стороне галактики-хозяина, может быть убегающая двойная черная дыра. Косвенным доказательством этого является отсутствие признаков активной черной дыры, оставшейся в галактическом ядре. Следующим шагом будет проведение дополнительных наблюдений с НАСА.[{» attribute=»»>James Webb Space Telescope and the Chandra X-ray Observatory to confirm the black hole explanation.

NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope will have a wide-angle view of the universe with Hubble’s exquisite resolution. As a survey telescope, the Roman observations might find more of these rare and improbable “star streaks” elsewhere in the universe. This may require machine learning using algorithms that are very good at finding specific weird shapes in a sea of other astronomical data, according to van Dokkum. 

The research paper was published on April 6 in The Astrophysical Journal Letters.

Reference: “A Candidate Runaway Supermassive Black Hole Identified by Shocks and Star Formation in its Wake” by Pieter van Dokkum, Imad Pasha, Maria Luisa Buzzo, Stephanie LaMassa, Zili Shen, Michael A. Keim, Roberto Abraham, Charlie Conroy, Shany Danieli, Kaustav Mitra, Daisuke Nagai, Priyamvada Natarajan, Aaron J. Romanowsky, Grant Tremblay, C. Megan Urry and Frank C. van den Bosch, 6 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acba86

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA. NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.