Быстро движущиеся звезды Млечного Пути получили мощный толчок от Большого Магелланова Облака, и виновником этого может быть центральная черная дыра.
Большое Магелланово Облако (БМО) — один из ближайших соседей Млечного Пути. Это небольшая, неправильная галактика, которая вращается вокруг Млечного Пути и является легко наблюдаемым невооруженным глазом объектом из Южного полушария. Как одна из немногих галактик за пределами нашей, где телескопы могут различать отдельные звезды и мелкомасштабные структуры, астрономы любят изучать БМО, чтобы сравнивать и сопоставлять его с Млечным Путем.
В то время как крупные галактики, как правило, содержат центральные сверхмассивные черные дыры (СМЧД), карликовые галактики, такие как БМО, более смешаны. Астрономы предполагали, что они содержат черную дыру, но данные были неубедительными.
Теперь данные с космического телескопа Gaia, который отслеживал более миллиарда звезд, чтобы измерить их движения и положения, указали на удивительное дополнение к этому объекту, который находится прямо на нашем космическом заднем дворе: похоже, что в нем есть центральная черная дыра, которая весит в 600 000 раз больше Солнца. Исследование, возглавляемое Джесси Дживон Ханом из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), было принято к публикации в The Astrophysical Journal.
Быстрые звезды
Открытие получено в результате изучения сверхскоростных звезд в Млечном Пути. Это звезды, которые, как следует из их названия, движутся быстрее своих соседей — до 2,2 миллионов миль в час (1000 километров в секунду), вместо того, чтобы двигаться вместе с остальными звездами в потоке Млечного Пути. Астрономы считали, что большинство этих сверхскоростных звезд достигли таких высоких скоростей после встречи с собственной центральной черной дырой Млечного Пути, Стрельцом A*. (Такие быстрые звезды были одной из самых важных подсказок, которая привела астрономов к открытию и пониманию Sag A*.)
Но когда Хан, аспирант CfA, изучил группу сверхскоростных звезд в данных Gaia, он проследил их путь не к ядру Млечного Пути, а к БМО.
Не так много вещей могут разогнать звезду до таких высоких скоростей. Взрыв сверхновой звезды или выброс из плотного скопления звезд — вот несколько способов. Близкие встречи с черной дырой — еще один. Обычно черные дыры могут «подтолкнуть» звезду к более высоким скоростям, чем другие методы, но четких границ нет.
Хану и его коллегам бросилась в глаза не только скорость звезд, высокая даже для гиперскоростных звезд, но и то, как они группировались на небе в одну плотную группу, названную Leo Overdensity, поскольку она находится в пределах созвездия Льва. Это дало команде важную подсказку, необходимую для выяснения происхождения звезд.
«Поскольку эти звезды молодые и массивные», — сказал Хан Astronomy , — «Они должны исходить либо из диска, либо из центра БМО — это единственные два варианта». А если они исходят из диска, говорит Хан, модели показывают, что звезды будут разбросаны по большей части неба. «То есть, только выброс из центра БМО может создать такую же плотную сверхплотность, как сверхплотность Льва».
Ксавье Лури, астрофизик из Университета Барселоны и член консорциума по обработке данных Gaia, не принимавший участия в исследовании, назвал работу Хана «очень полной и тщательной… Выводы основаны на ряде предположений и гипотез, которые все еще могут быть подвергнуты сомнению в будущем, но в целом они последовательно указывают на происхождение части образца, связанное с центральной черной дырой БМО».
Сверхплотность Льва наблюдается уже давно. Фактически, в 2016 году астрономы Дуглас Буберт и Вин Эванс из Кембриджского университета, Великобритания, даже предположили, что виновником является сверхмассивная черная дыра в БМО. Но потребовалось время, чтобы с точными данными от Gaia отследить достаточное количество сверхскоростных звезд до их источника, чтобы аргумент стал обоснованным.
«Используя последние данные Gaia, Джесси и его звездная команда соавторов доказали [нашу] необычную теорию», — говорит Бубер. «Половина гиперскоростных звезд, о которых мы знаем в Северном полушарии, также происходят из Большого Магелланова Облака».
Удивительная находка
Астрономы уже давно знают, что каждая крупная галактика содержит центральную сверхмассивную чёрную дыру. Более того, размер чёрной дыры вполне предсказуемо масштабируется с размером галактики, характерная черта, которую астрономы называют отношением М-сигма. Но карликовые галактики не всегда следуют этому правилу, и не было известно, что в БМО есть чёрная дыра. Если это подтвердится, эта чёрная дыра ознаменует собой большое изменение в том, как астрономы понимают структуру и эволюцию нашего маленького соседа.
С другой стороны, команда Хана может измерить, насколько массивной должна быть черная дыра, чтобы выбросить звезды с измеренными скоростями, и они вычислили, что это будет примерно 600 000 солнечных масс. Это оказывается идеально вписывающимся в ожидаемое соотношение M-сигма, учитывая то, что мы знаем об общей массе БМО.
Хан говорит: «Итак, хотя то, как мы нашли доказательства существования сверхмассивной черной дыры, довольно удивительно, фактическая масса сверхмассивной черной дыры полностью соответствует разумным пределам и ее следовало ожидать».
Взгляд вперед
Теперь, когда есть надежные подсказки для сверхмассивной черной дыры БМО, астрономы наверняка попытаются подтвердить ее существование. Обычные способы поиска черных дыр включают поиск рентгеновских и радиосигналов, которые выплескиваются из окрестностей черных дыр, когда в них падает материал. Или астрономы могли бы искать более прямые динамические подсказки, такие как звездные скопления, движущиеся вокруг невидимой центральной массы.
Более того, данные, которые использовали Хан и его команда, относятся только к первым трем годам данных Gaia. Более полная публикация данных запланирована на 2026 год, а полные 10 лет данных обсерватории будут доступны в конце десятилетия. Это даст астрономам по всему миру больше данных для изучения того, как движутся звезды, как в нашей галактике, так и в БМО.
Бубер говорит, что, доказав существование сверхмассивной черной дыры БМО, «Джесси и его команда бросают вызов астрономам, чтобы те нашли остальную часть сверхскоростного звездного потока из Большого Магелланова Облака. После обнаружения эта популяция сверхскоростных звезд изменит наше понимание динамики и истории нашего местного галактического соседства — знание как местоположений и скоростей звезд в настоящее время, так и мест их рождения накладывает невероятно жесткие ограничения на танец Млечного Пути и Большого Магелланова Облака за последние несколько сотен миллионов лет».