Астрономы обнаружили статистические доказательства отталкивающихся сверхмассивных черных дыр

Галактические столкновения — это события захватывающих масштабов. Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) в их центрах погружаются в хаотичный орбитальный танец, который в конечном итоге сливается в один остаток. На пути к этой точке они могут быть "выброшены" из центра своей галактики — и поиск этих "отталкивающихся" черных дыр является задачей космологии на протяжении десятилетий. Новая статья, доступная на arXiv международной командой, использовала новаторскую идею для отслеживания этих быстро движущихся гигантов.

Но на пути к этой окончательной установленной точке причуда теории относительности Эйнштейна вызывает еще больший хаос. Если сливающиеся черные дыры имеют несоответствующее вращение или неравные массы, они будут излучать гравитационные волны в одном направлении — что затем выталкивает их импульс в противоположном направлении. Однако сказать, что это много импульса, было бы преуменьшением. Эти черные дыры ускоряются до скорости сотен или даже тысяч километров в секунду.

Новаторская идея в статье сосредоточена на том, что сопровождает черные дыры, когда они выбрасываются из своих галактических центров. В частности, их скорость должна быть связана с тем, сколько пыли окружает их. Используя тренд, изначально предсказанный симуляцией десятилетия назад, исследователи стремились доказать, что когда СМЧД выбрасывается, она тянет за собой свой плотно связанный внутренний аккреционный диск, который представлен Широкой Линейной Областью, где экстремальное доплеровское смещение размывает эмиссионные линии.

Фрейзер обсуждает, что происходит, когда черные дыры сталкиваются.

В отличие от этого, более разреженные облака пыли, находящиеся дальше от черной дыры, останутся на месте, когда СМЧД будет выброшена. Эти облака захватываются спектрографической сигнатурой, называемой Узкой Линейной Областью. Эти облака пыли более связаны с самой галактикой, чем с черной дырой, и поэтому не следуют за черной дырой немедленно. Обнаружение смещения длины волны между Широкой Линейной Областью и Узкой Линейной Областью позволит исследователям вычислить смещение скорости черной дыры. Сочетание этого с измерением пыли вокруг каждого квазар (где считалось, что черные дыры с высокой скоростью окружены большей пылью) позволит им статистически разделить черные дыры, которые активно выбрасываются, от тех, которые остаются неподвижными.

Результатом стало скромное, но весьма значительное положительное корреляционное соотношение между смещением скорости квазара (т.е. его скоростью) и количеством пыли, которая его окружает. Но чтобы доказать свою точку зрения, они провели тот же анализ, используя только Узкие Линейные Области друг против друга, чтобы убедиться, что не было статистического сбоя. Поскольку все Узкие Линейные Области должны были остаться позади, корреляция должна была исчезнуть, что и произошло.

Но в исследовании был один сбой — СМЧД, которые кажутся сдвинутыми в синюю область (т.е. движущимися к нам), кажутся более скрытыми от пыли, чем те, которые движутся прочь. Это противоположно тому, что ожидалось, учитывая чистую модель отталкивания, хотя у команды есть несколько потенциальных объяснений для этого, включая смещение в том, как подгоняются спектральные линии, или некоторые менее понятные физические процессы, действующие на черную дыру одновременно.

Сессия ответов Фрейзера на вопросы о черных дырах.

Поскольку это было статистическое упражнение, важно отметить, что это только корреляция — не причинно-следственная связь. Но это предлагает некоторые интригующие идеи о том, что мы можем ожидать увидеть, когда обсерватории гравитационных волн следующего поколения, такие как миссия LISA от ESA, начнут работать. Авторы оценивают, что до 50% известных квазаров могли быть результатом относительно недавнего слияния черных дыр. Если это так, то эти космические обсерватории будут иметь абсолютное сокровище данных для сбора. И мы, возможно, в конечном итоге найдем окончательный способ отслеживать этих огромных, быстро движущихся космологических титанов.