Астрономы нашли новые доказательства того, что длинный след за карликовой галактикой RCP 28 действительно может быть первым подтвержденным открытием убегающей из своей галактики сверхмассивной черной дыры. Оказалось, что головная часть структуры лучше всего описывается не моделями галактик, а сверхзвуковой ударной волной, порождаемой движущейся в окологалактическом пространстве черной дырой, окруженной плотной и горячей комой. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Существование убегающих сверхмассивных черных дыр предсказано теоретически и может происходить в двух случаях: выброса черной дыры из тройной системы черных дыр за счет гравитационных взаимодействий и слияний или же эффекта отдачи черной дыры, рожденной в результате слияния двух черных дыр, за счет излучения гравитационных волн. Оба этих механизма — результат слияния галактик. Если конечная скорость движения черной дыры будет достаточно большой, чтобы преодолеть гравитационные силы со стороны родительской галактики, то она в итоге покинет систему и будет двигаться уже в межгалактическом пространстве.
Однако поиски таких уникальных объектов — весьма сложная задача, и к настоящему моменту существуют лишь несколько кандидатов в них в виде смещенных от центра своих систем активных ядер. Среди них сильнее всего выделяется описанная несколько лет назад длинная структура, названная RBH-1, в которой найдены ударные волны, молодые звезды и потенциальная убегающая сверхмассивная черная дыра из карликовой галактики RCP 28. Однако затем открытие попытались опровергнуть две группы ученых: первая использовала модель видимой с ребра галактики, а вторая — модель разрушенной приливными силами галактики.
Группа астрономов во главе с Питером Ван Доккумом (Pieter van Dokkum), которая первоначально сообщила об обнаружении RBH-1, представила результаты анализа данных наблюдений за этой структурой инструмента NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб», а также повторного анализа данных наблюдений инструмента UVIS телескопа «Хаббл» и инструмента LRIS наземной обсерватории Кека. Ученые признают, что в первой работе они получили лишь косвенные доказательства наличия в RBH-1 убегающей сверхмассивной черной дыры и в текущем исследовании решили это более точно проверить.
В головной зоне RBH-1 наблюдается узкополосное излучение ионизированного газа, которое не наблюдается в его хвосте. Морфология этого газа мало похожа на распределение газа в галактиках, зато напоминает классическую головную ударную волну с тонким турбулентным следом позади нее. Границу этой потенциальной ударной волны можно описать параболой с радиусом кривизны в 1,8 килопарсека, а сама ударная волна простирается примерно на четыре килопарсека позади вершины параболы.
Лучше всего кинематику такой структуры объясняет модель сверхзвуковой ударной волны, порождаемой движущейся со скоростью почти 1000 километров в секунду сверхмассивной (более 107 масс Солнца) черной дырой, которая видна под углом почти 30 градусов к плоскости неба. При этом основным источником внешнего давления является не ветер, порождаемый сверхмассивной черной дырой, а ветер от плотной и горячей (более 106 кельвин) комы вокруг нее. Кома пополняется ударно нагретым газом и способна уравновешивать давление набегающего потока межгалактической среды.
Что же касается длинного следа позади головной ударной волны, в котором наблюдаются очаги звездообразования, то для него применима модель увлеченного за черной дырой холодного газа с общей массой до 3 × 108 масс Солнца. Расчетная масса звезд, которые могли возникнуть из этого газового резервуара, как минимум в несколько раз меньше наблюдаемой звездной массы, что может объясняться особенностями процесса звездообразования или более высокой плотностью окологалактической среды. Интересно, что итоговая модель RBH-1 разрешает не замечать саму черную дыру и обращать внимание лишь на ударную волну, создаваемую ей, так как горячая кома будет препятствовать наблюдению ближайших окрестностей черной дыры.
Убегать из галактик могут и обычные звезды, например, из-за сверхмассивных черных дыр или вспышек сверхновых.