Астрономи досліджують надмасивну чорну діру, яка ймовірно, була викинута з центру своєї галактики-господаря внаслідок злиття двох своїх попередників. За параметрами цієї чорної діри вони змогли відтворити особливості первинного злиття цих дір, що відбулося майже 70 млн.років тому.
Чорна діра з неймовірною швидкістю руху
Чорні діри — це захоплюючі ділянки космосу, де гравітація настільки сильна, що ніщо, навіть світло, не може звідти вирватися. Найбільші з відомих чорних дір, які називаються надмасивними чорними дірами, мають масу, що в мільйони або мільярди разів перевищує масу Сонця, і зазвичай розташовані в центрах галактик.
Як повідомляє сайт phys.org приблизно три роки тому астрономи спостерігали «втікаючу» надмасивну чорну діру, яка, як здавалося, рухалася у просторі зі швидкістю майже 1 000 км/с (620 миль за секунду). Цю чорну діру було виявлено як космічним телескопом James Webb, так і космічним телескопом «Hubble» (HST) — двома найбільшими космічними обсерваторіями, побудованими на сьогодні.
Дослідники з Інституту теоретичної фізики імені Кавлі (KITP), Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі (UCSB) та Техаського університету в Остіні нещодавно спробували пролити більше світла на походження цієї рухомої чорної діри, відомої як RBH-1. У їхній статті, опублікованій у журналі «Physical Review Letters», висловлюється припущення, що чорна діра, ймовірно, була викинута у космос внаслідок злиття двох надмасивних чорних дір.
«Хоча раніше вже висувалися гіпотези про відкидання надмасивних чорних дір, RBH-1 є першим переконливим прикладом надмасивної чорної діри, яка, як видається, була викинута з центру своєї галактики-господаря, ймовірно, внаслідок потужного гравітаційно-хвильового відкидання після злиття двох надмасивних чорних дір», — розповів Тусіф Іслам, перший автор статті.
Головне питання дослідження
У попередній статті Іслам та інші дослідники показали, що чорна діра, яка залишилася після злиття чорних дір, може бути виштовхнута у космос із великою швидкістю віддачі — до 5 000 км/с (3 100 миль за секунду). Таким чином, злиття чорних дір потенційно може пояснити поведінку швидко рухомої чорної діри RBH-1, яку спостерігали James Webb та Hubble.
Магазин від Universe Space Tech
Журнал Астероїди і Комети №1 2026 (194)
До товаруУ співпраці з Теджасві Венумадхавом та Дігвіджаєм Вадекаром Іслам взявся за реконструкцію процесу злиття чорних дір, яке, ймовірно, спричинило значний гравітаційно-хвильовий відбій (тобто «поштовх»), завдяки якому RBH-1 рухалася у космосі з такою високою швидкістю. Для цього вони використовували поєднання теоретичних моделювань та теоретичних підходів.
«Ми задалися питанням: чи можуть спостережувані властивості RBH-1 розкрити маси та спіни двох надмасивних чорних дір, які злилися приблизно 70 мільйонів років тому?» — сказав Іслам. «У ширшому сенсі, чи можемо ми використовувати «втікаючу» чорну діру як вікно в історію злиття галактик, яке ми вже не можемо спостерігати безпосередньо? Головною метою нашої роботи було дати відповідь на ці питання».
Реконструкція злиття, що передувало утворенню RBH-1
Більшість злиття чорних дір супроводжуються відносно невеликим відкиданням, яке було б занадто слабким, щоб виштовхнути новоутворену, злиту чорну діру з її галактики. Щоб реконструювати злиття, яке могло б змусити RBH-1 рухатися так швидко у просторі, дослідники спочатку оцінили швидкість, з якою вона рухалася після виштовхування з галактики (вона становила близько 1000 км/с).
Вчені поєднали дані спостережень із теоретичними моделями злиття подвійних чорних дір, розробленими на основі високоточних чисельних симуляцій релятивізму, які вирішують рівняння Ейнштейна на суперкомп’ютерах, а також з теорією збурень чорних дір.
Теоретичні моделі, на які спиралася команда, дозволили передбачити вплив мас і спінів двох чорних дір, що зливаються, на масу, спін та швидкість відкидання залишкової чорної діри, що утворюється в результаті злиття. Потім дослідники порівняли мільйони можливих конфігурацій подвійних чорних дір-попередників із спостережуваними властивостями RBH-1.
«Це дозволило нам визначити комбінації, які найбільше відповідають даним, та встановити кількісні обмеження щодо вихідної системи», — зазначив Іслам. «Ми показали, що злиття, найімовірніше, відбулося між двома надмасивними чорними дірами зі співвідношенням мас менше ніж приблизно 6:1, причому більша чорна діра оберталася з великою швидкістю, а подвійна система, ймовірно, прецесувала перед злиттям».
Внесок у майбутні дослідження гравітаційних хвиль
Це дослідження показує, що реконструкції злиття надмасивних чорних дір можуть бути використані для виявлення фізичних властивостей, які, ймовірно, призвели до утворення конкретних надмасивних чорних дір. Застосувавши цей підхід, Іслам, Венумадхав і Вадекар змогли визначити властивості двох надмасивних чорних дір, що злилися, утворивши RBH-1, та отримати уявлення про злиття галактик, яке, ймовірно, призвело до їхнього злиття.
«У ширшому сенсі наша робота демонструє, як астрономічні спостереження та теоретичні моделі, засновані на загальній теорії відносності Ейнштейна, можна поєднати, щоб «перемотати час назад» і розкрити історію надзвичайних космічних подій», — зазначив Іслам.
У майбутньому результати роботи цієї дослідницької групи можуть доповнити прямі спостереження гравітаційних хвиль злиття надмасивних чорних дір, зібрані космічною антеною на основі лазерного інтерферометра (LISA). LISA — це космічна обсерваторія гравітаційних хвиль, яку будує Європейське космічне агентство (ЄКА) у партнерстві з NASA.
Наразі вчені працюють над подальшим вдосконаленням моделювання злиття подвійних чорних дір. Зокрема, вони планують розробити більш точні теоретичні моделі злиття подвійних чорних дір на основі теорії загальної відносності Ейнштейна.
«Ми також сподіваємося застосувати ці методи до майбутніх відкриттів надмасивних чорних дір, що відлітають під дією відбою, за даними James Webb, космічного телескопа імені Ненсі Грейс Роман та інших обсерваторій», — додав Іслам. «У міру зростання кількості спостережуваних систем ми зможемо відтворити історію їх злиття та глибше зрозуміти, як надмасивні чорні діри та їхні галактики-господарі еволюціонують разом. Зрештою, ми сподіваємося, що ці дослідження доповнять майбутні спостереження злиття надмасивних чорних дір за допомогою гравітаційних хвиль, які проводитиме LISA, і дадуть більш повне уявлення про ці надзвичайні події».
