Тривалий час чорні діри проміжної маси залишалися загадкою для астрономів. І ось тепер вони мають свідчення руху одної з них у карликовій галактиці UGCA 320. Щобільше, дослідники виявили ознаки того, що ця чорна діра активно поглинає матерію.
Мандрівна чорна діра у карликовій галактиці
Астрономи виявили перші прямі докази того, що мандрівна чорна діра може живитися, затягуючи газ у своєму сліді під час руху галактикою. Як повідомляє сайт phys.org, це перші прямі докази існування каналу акреції, який давно передбачався теоретично, але раніше ніколи не спостерігався.
Чорна діра, яку вивчали в межах цього дослідження під керівництвом Сінь Лі з Університету Вестлейк у Китаї, міститься в UGCA 320 — карликовій неправильній галактиці, орієнтованій до нас боком, на відстані близько 20 млн світлових років. Знімок, зроблений космічним телескопом Hubble, показав, що цей об’єкт перебуває за межами основного диска галактики, де формуються зорі.
Спостереження за допомогою приладу MUSE, проведені у 2021 році, виявили широке випромінювання Балмера — ознаку масивної чорної діри, що накопичує матерію. Компонент широкої лінії випромінювання Балмера дозволив визначити, що маса чорної діри становить приблизно 35 000 сонячних. Численні незалежні спостереження підтверджують її ідентифікацію як чорної діри середньої маси, що накопичує матерію.
Характеристики цієї мандрівної чорної діри збігаються з очікуваними. Чорні діри середньої маси мають масу від 100 до 100 000 сонячних. Вважається, що вони є зародками надмасивних чорних дір, розташованих у центрах галактик. Деякі з них зрештою можуть віддалитися від багатих на газ центрів, які зазвичай забезпечують їх матерією.
На відміну від чорних дір у центрах галактик, мандрівні чорні діри мають обмежений доступ до механізмів, які можуть спрямовувати газ до них, — злиття галактик, припливних взаємодій, зіткнень хмар та охолодження газу. Тому те, як ці чорні діри проміжної маси зрештою перетворюються на надмасивні, нарощуючи масу до мільйонів і навіть мільярдів сонячних, залишається загадкою.
Гравітаційний «слід» чорної діри середньої маси
Існує гіпотетичний механізм, який дозволяє передбачити ріст чорних дір. «Одним із ймовірних каналів акреції для мандрівної чорної діри є гравітаційний слід, який вона створює під час руху крізь міжзоряне середовище; цей процес відомий як акреція за Бонді — Хойлом — Літтлтоном (BHL)», — пише команда у статті.
Цей сценарій передбачає, що, коли мандрівна чорна діра проривається крізь газ, який заповнює її материнську галактику, її гравітація притягує сусідні частинки газу. Газ, який притягується до чорної діри з різних напрямків, сходиться й накопичується у щільнішому потоці позаду неї. Ця щільніша область і є «слідом». За такого сценарію чорна діра може живитися захопленим газом.
Це «гравітаційне фокусування» також створює дуговий ударний фронт перед чорною дірою. Очікується, що навколишній газ набуде асиметричної структури потоку, що складається з кількох газових компонентів.
Далі команда вирішила перевірити, чи це справді так у випадку мандрівної чорної діри UGCA 320, використовуючи спектроскопічні спостереження. Їхній аналіз виявив усі три компоненти, передбачені теорією: газ низької щільності попереду неї, щільніший газ позаду та щільні скупчення, що слідують за акреційним потоком.
Газ затуляє від нас чорну діру
Команда знайшла ще одну підказку в зміні зовнішнього вигляду чорної діри з плином часу. Спектроскопічні спостереження показали, що широкі лінії випромінювання водню, які були добре помітними у 2021 році, до червня 2025-го майже зникли. У липні 2025 року вони частково з’явилися знову, а до квітня 2026-го знову зникли. Це свідчить про те, що щільні скупчення газу, вбудовані в акреційний потік чорної діри, могли періодично потрапляти в нашу лінію зору, затуляючи область, з якої походять ці випромінювання.
Відкриття астрономів надає спостережні докази того, що мандрівні чорні діри проміжної маси можуть активно накопичувати матерію завдяки гравітаційним слідам. Цей нещодавно виявлений механізм акреції може стати важливою підказкою до розуміння того, як такі чорні діри зростають, перш ніж зрештою опинитися в центрах галактик і перетворитися на надмасивні чорні діри.
