Тривалий час чорні діри проміжної маси лишалися загадкою для астрономів. І ось тепер вони мають свідчення руху одної з них у карликовій галактиці UGCA 320. Щобільше, вони отримали свідчення того, що вона при цьому ще й 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 досліджували в рамках цього дослідження під керівництвом Сінь Лі з Університету Вестлейк у Китаї, розташована в UGCA 320 — карликовій неправильній галактиці, орієнтованій до нас боком, що знаходиться на відстані близько 20 мільйонів світлових років. Знімок, зроблений космічним телескопом Hubble, показав, що цей об’єкт перебуває поза межами головного 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 мас Сонця. 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 мас Сонця. Вважається, що вони є зародками надмасивних чорних дір, які знаходяться в центрах галактик. Очікується, що деякі з них зрештою відпливуть далеко від багатих на газ центрів, які зазвичай їх живлять.
На відміну від чорних дір у центрах галактик, блукаючі чорні діри мають обмежений доступ до механізмів, які можуть спрямовувати газ у їхній бік, таких як злиття галактик, припливні взаємодії, зіткнення хмар та охолодження газу. Тому те, як ці чорні діри середньої маси зрештою перетворюються на надмасивні, досягаючи мас від мільйонів до мільярдів разів більших за масу Сонця, залишається загадкою.
Гравітаційний «слід» чорної діри середньої маси
Існує гіпотетичний механізм, який дозволяє передбачити, як вони можуть рости. «Одним із ймовірних каналів акреції для блукаючої 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 в статті.
Цей сценарій передбачає, що коли блукаюча чорна діра проривається крізь газ, що заповнює її галактику-господаря, її гравітація притягує до себе сусідні частинки газу. Газ, який гравітаційно притягується до чорної діри з різних напрямків, сходиться й накопичується у більш щільний потік, що тягнеться за нею — ця більш щільна область, що тягнеться слідом, і є «слідом». За цим сценарієм 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 декількох 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 року майже зникли. У липні 2025 року вони частково з’явилися знову, а до квітня 2026 року 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 спостережувані докази того, що блукаючі чорні діри середньої маси можуть активно накопичувати матерію за допомогою гравітаційних слідів. Цей нещодавно виявлений «мобільний» шлях акреції може стати важливою підказкою щодо того, як ці чорні діри зростають, перш ніж зрештою зануритися в центри галактик, перетворюючись на надмасивні чорні діри.
