Несмотря на поиски с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra и космического телескопа Hubble, астрономы не имеют доказательств того, что далекая черная дыра, которая, по оценкам, весит от 3 до 100 миллиардов масс Солнца, вообще существует.
Эта отсутствующая черная дыра должна находиться в огромной галактике в центре скопления галактик Abell 2261, которое находится примерно в 2,7 миллиарда световых лет от Земли. Это составное изображение Abell 2261 содержит оптические данные, полученные от телескопа Hubble и Subaru, показывающие галактики в скоплении и на заднем плане, а также данные рентгеновского излучения Chandra, показывающие горячий газ (окрашенный в розовый цвет), проникающий в скопление. В середине изображения показана большая эллиптическая галактика в центре скопления.
Почти каждая большая галактика во Вселенной содержит в центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца. Поскольку масса центральной черной дыры обычно совпадает с массой самой галактики, астрономы ожидают, что галактика в центре Abell 2261 будет содержать сверхмассивную черную дыру, которая может соперничать по весу с некоторыми из самых больших известных черных дыр во Вселенной.
Используя данные Chandra, полученные в 1999 и 2004 годах, астрономы уже исследовали центр большой центральной галактики Abell 2261 на предмет признаков сверхмассивной черной дыры. Они искали материал, который был перегрет, когда упал в сторону черной дыры и испускал рентгеновские лучи, но не обнаружили такой источник.
Теперь, когда в 2018 году были получены новые, более длительные наблюдения Chandra, команда под руководством Кайхана Гултекина из Мичиганского университета в Анн-Арборе провела более глубокий поиск черной дыры в центре галактики. Они также рассмотрели альтернативное объяснение, согласно которому черная дыра была выброшена из центра родительской галактики. Это жестокое событие могло быть результатом слияния двух галактик, чтобы сформировать наблюдаемую галактику, сопровождаемого слиянием центральной черной дыры в каждой галактике, чтобы сформировать одну огромную черную дыру.
Когда черные дыры сливаются, они создают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами . Если бы огромное количество гравитационных волн, порожденных таким событием, было сильнее в одном направлении, чем в другом, теория предсказывает, что новая, еще более массивная черная дыра была бы направлена прочь от центра галактики в противоположном направлении. Это называется откатывающейся черной дырой.
Астрономы не нашли убедительных доказательств того, что черные дыры отскакивают, и неизвестно, подходят ли сверхмассивные черные дыры достаточно близко друг к другу, чтобы вызвать гравитационные волны и слиться; пока что астрономы подтвердили только слияния гораздо меньших черных дыр. Обнаружение откатывающихся сверхмассивных черных дыр придаст смелости ученым, использующим и развивающим обсерватории, чтобы искать гравитационные волны от слияния сверхмассивных черных дыр.
Галактика в центре Abell 2261 — отличное скопление для поиска отскакивающей черной дыры, потому что есть два косвенных признака того, что могло произойти слияние двух массивных черных дыр. Во-первых, данные оптических наблюдений Hubble и Subaru показывают галактическое ядро — центральную область, где количество звезд в галактике в данном участке галактики находится на максимальном или близком к нему значении, что намного больше, чем ожидалось для галактика такого размера. Второй признак состоит в том, что самая плотная концентрация звезд в галактике находится на расстоянии более 2000 световых лет от центра галактики, который поразительно удален.
Эти особенности были впервые идентифицированы Марком Постманом из Научного института космического телескопа (STScI) и его сотрудниками на их более ранних изображениях Hubble и Subaru, что привело их к выдвижению идеи объединенной черной дыры в Abell 2261. Во время слияния сверхмассивная черная дыра в каждой галактике опускается к центру только что сросшейся галактики. Если они становятся связанными друг с другом гравитацией и их орбита начинает сокращаться, ожидается, что черные дыры взаимодействуют с окружающими звездами и выталкивают их из центра галактики. Это объяснило бы большое ядро Abell 2261. Нецентральная концентрация звезд также могла быть вызвана сильным событием, таким как слияние двух сверхмассивных черных дыр и последующая отдача от одной более крупной черной дыры.
Несмотря на то, что есть свидетельства того, что произошло слияние черных дыр, ни данные Chandra, ни Hubble не показали доказательств существования самой черной дыры. Гюльтекин и большинство его соавторов во главе с Сарой Берк-Сполаор из Университета Западной Вирджинии ранее использовали Hubble для поиска скопления звезд, которое могло быть унесено отбрасывающейся черной дырой. Они изучили три сгустка около центра галактики и проверили, достаточно ли движения звезд в этих сгустках, чтобы предположить, что они содержат черную дыру с массой в десять миллиардов солнечных. В двух сгустках не было обнаружено явных доказательств наличия черной дыры, а звезды в другом были слишком тусклыми, чтобы сделать полезные выводы.
Они также ранее изучали наблюдения Abell 2261 с помощью очень большой массива Карла Дж. Янски NSF. Радиоизлучение, обнаруженное около центра галактики, свидетельствует о том, что здесь 50 миллионов лет назад происходила сверхмассивная черная дыра, но не указывает на то, что в настоящее время в центре галактики находится такая черная дыра.
Затем они обратились к Chandra, чтобы найти материал, который был перегрет и испускал рентгеновские лучи, падая в сторону черной дыры. Хотя данные Chandra действительно показали, что самый плотный горячий газ не находится в центре галактики, они не выявили никаких возможных рентгеновских сигнатур растущей сверхмассивной черной дыры — в центре скопления не было обнаружено рентгеновского источника, или в любом из скоплений звезд, или в месте радиоизлучения.
Авторы пришли к выводу, что либо в любом из этих мест нет черной дыры, либо она слишком медленно втягивает материал, чтобы произвести заметный рентгеновский сигнал.
Таким образом, тайна местонахождения этой гигантской черной дыры продолжается. Хотя поиски не увенчались успехом, у астрономов остается надежда, ищущая эту сверхмассивную черную дыру в будущем. После запуска космический телескоп Джеймса Уэбба может обнаружить наличие сверхмассивной черной дыры в центре галактики или одного из скоплений звезд. Если Уэбб не может найти черную дыру, то лучшим объяснением будет то, что черная дыра отскочила далеко из центра галактики.
