Астрономы обнаружили блуждающую сверхмассивную чёрную дыру без собственной галактики

Астрономы получили новые сведения о сверхмассивной чёрной дыре, вызвавшей событие приливного разрушения звезды AT2024tvd. Анализ показал, что этот объект, вероятнее всего, представляет собой блуждающую сверхмассивную чёрную дыру, которая не находится в центре видимой галактики.

Событие приливного разрушения звезды происходит, когда звезда подходит слишком близко к массивной чёрной дыре и разрывается под действием ее мощных приливных сил. Газ разрушенной звезды начинает вращаться вокруг чёрной дыры, формируя яркий аккреционный диск, который испускает интенсивную вспышку, доступную для наблюдений астрономами.

Необычное событие AT2024tvd было обнаружено в 2024 году. Оно привлекло внимание исследователей тем, что произошло не в центре родительской галактики, где обычно располагаются сверхмассивные чёрные дыры, а на расстоянии около 0,8 килопарсека от ее ядра. Сама галактика имеет массу примерно в 100 миллиардов раз больше массы Солнца.

В ходе нового исследования учёные проанализировали остаточное излучение после вспышки и определили массу чёрной дыры. По их оценкам, она составляет около одного миллиона масс Солнца. Это подтверждает, что объект действительно является сверхмассивной чёрной дырой, а не чёрной дырой промежуточной массы, которая относится к менее массивной категории подобных объектов.

Для определения массы исследователи использовали комплексный анализ излучения в рентгеновском, ультрафиолетовом и оптическом диапазонах, а также подробную физическую модель аккреционного диска вокруг чёрной дыры. По словам авторов работы, такой подход позволил получить более надёжную оценку массы, основанную как на наблюдательных данных, так и на современных теоретических моделях. Полученный результат хорошо согласуется с известными зависимостями между массой чёрных дыр и характеристиками других ранее зарегистрированных событий приливного разрушения звёзд.

До настоящего времени астрономам были известны лишь два подобных события, произошедших вне центра галактики. Однако в обоих случаях источниками являлись чёрные дыры промежуточной массы, расположенные внутри ультракомпактных карликовых галактик. AT2024tvd существенно отличается от этих случаев.

Во время исследования учёные не обнаружили вокруг чёрной дыры ни звёздного скопления, ни карликовой галактики. Это позволяет предположить, что объект представляет собой остаточное ядро галактики, которая была практически полностью разрушена в результате гравитационных взаимодействий в прошлом. Масса чёрной дыры превышает 3 % массы окружающего звёздного населения — необычно высокая доля, указывающая на то, что большая часть первоначальной галактики была утрачена, а сохранилось лишь плотное ядро. По мнению исследователей, это убедительно свидетельствует о том, что объект является сильно разрушенным остатком галактического ядра, содержащим блуждающую сверхмассивную чёрную дыру.

Авторы считают, что разрушение первоначальной галактики, скорее всего, произошло во время так называемого малого слияния, когда небольшая галактика постепенно поглощается значительно более крупной. Такой сценарий хорошо согласуется с результатами предыдущих исследований и считается гораздо более вероятным, чем выброс чёрной дыры в результате мощного взаимодействия с другой сверхмассивной чёрной дырой. Учёные отмечают, что малые слияния происходят значительно чаще крупных, а попавшие таким образом в массивные галактики сверхмассивные чёрные дыры способны на чрезвычайно длительное время оставаться на удалённых орбитах, не достигая центральной области галактики.

При этом отсутствие обнаруженного звёздного скопления вовсе не означает полного отсутствия звёзд вокруг объекта. Исследователи подчёркивают, что современные инструменты просто не смогли зарегистрировать возможное слабое звёздное окружение.

Дополнительные расчёты показали, что центральная сверхмассивная чёрная дыра самой галактики-хозяина должна иметь массу более одного миллиарда масс Солнца. Это ещё раз подтверждает, что чёрная дыра, вызвавшая событие AT2024tvd, является отдельным объектом и не связана с центральной чёрной дырой своей галактики.

По мнению авторов исследования, подобные события являются редким, но чрезвычайно эффективным способом обнаружения скрытых блуждающих сверхмассивных чёрных дыр, которые обычно остаются незаметными, поскольку не располагаются в центрах галактик и не окружены яркими звёздными системами. Исследователи отмечают, что AT2024tvd демонстрирует возможность использовать подобные события как прямой и надёжный инструмент изучения популяции блуждающих сверхмассивных чёрных дыр в ближайшей Вселенной.

В дальнейшем учёные рассчитывают обнаружить значительно больше подобных объектов благодаря работе новых широкоугольных обзоров неба, в частности проекта «Обзор пространства и времени наследия», который будет проводиться обсерваторией имени Веры Рубин. При этом исследователи подчёркивают, что рентгеновские наблюдения останутся ключевыми для надёжного определения массы чёрных дыр, поскольку именно рентгеновское излучение возникает во внутренних областях аккреционного диска, непосредственно рядом с чёрной дырой.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.