Зловещие черные дыры, существование которых вытекает из уравнений Общей теории относительности Эйнштейна, долгое время оставались вне поля зрения большинства астрономов. Странные объекты, которые способны только поглощать вещество и излучение, ничего не излучая, считались забавным казусом, одним из следствий спорной на тот момент теории, следствием, которое практически невозможно проверить на практике.

Действительно, как в черном космосе обнаружить еще более черные дыры? Фактически, только по мощной силе тяготения, которая способна искривлять траектории пролетающих мимо звезд и облаков газа. Ясно, что области пространства, где наблюдаются подобные эффекты, очень трудно обнаружить, даже если заниматься этим специально. Но в том-то и дело, что еще лет 50 назад утверждение о существовании черных дыр считалось весьма спорным, посему никто всерьез черные дыры не искал.

сверхмассивная черная дыра

Сверхмассивная черная дыра на фоне звезд (рисунок художника). © NASA, ESA, D. Coe, G. Bacon (STScI)

Что изменилось с тех пор? Прежде всего, открытие квазаров, а также сейфертовских галактик (галактик с активными ядрами). Необычные спектральные свойства, а также колоссальная энергия, которая выделяется в этих объектах, заставили ученых предположить, что в данных случаях они наблюдают за аккрецией (поглощением) вещества сверхмассивными черными дырами. Падая на такую черную дыру, вещество неизбежно разогревается из-за трения и начинает излучать в различных диапазонах спектра. При этом образуются характерные джеты: малая часть падающего вещества выбрасывается прочь с огромной скоростью, не успевая достичь «точки невозврата».

В настоящее время существование сверхмассивных черных дыр считается фактом, подтвержденным наблюдениями. Ядра многих, если не всех, крупных галактик содержат черную дыру массой в миллионы и даже в миллиарды масс Солнца. Такая черная дыра находится и в центре нашей Галактики. Она известна под названием Стрелец А.

Где астрономы практически не рассчитывали встретить сверхмассивную черную дыру, так это в центре карликовой галактики. Тем удивительней открытие подобного объекта, сделанное недавно международной группой астрономов под руководством Энила Сета (Anil Seth) из университета штата Юта (США). Воспользовавшись услугами телескопов «Хаббл» и «Джемини», его команда подробно исследовала движение звезд в центре одного из спутников большой эллиптической галактики М60 в созвездии Девы. Результатом стало выявление черной дыры массой в миллионы масс Солнца!

Гигантская эллиптическая галактика М60 в созвездии Девы находится в 50 миллионах световых лет от Земли. Ее поперечник — 120 тысяч световых лет, а общее количество звезд — около 400 миллиардов. Рядом с ней крошечная галактика-спутник M60-UCD1 (в рамке) кажется просто звездой. Фото: NASA, ESA and A. Seth (University of Utah, USA)

М60 — гигантская эллиптическая галактика в 50 миллионах световых лет от Земли. Она имеет несколько галактик-спутников; среди них сверхкомпактная карликовая галактика M60-UCD1 (аббревиатура UCD означает Ultracompact Dwarf). Диаметр последней составляет лишь 300 световых лет — 1/500 диаметра Млечного Пути. M60-UCD1 содержит 140 миллионов звезд. По меркам больших галактик это немного — в Млечном Пути общее число звезд приближается к 1000 миллиардов. Зато плотность M60-UCD1 впечатляет — в радиусе 150 световых лет от Солнца, например, нет и 1 миллиона звезд! Собственно, именно поэтому M60-UCD1 и другие подобные ей галактики названы сверхкомпактными.

Впрочем, астрономы догадывались, что дело тут не только в повышенной плотности звезд. Если бы M60-UCD1 состояла целиком из звезд, то была бы заметно ярче. В таком случае почему бы не предположить, что часть массы галактики просто принципиально не видна? Другими словами, заключена в сверхмассивной черной дыре! Кстати, M60-UCD1 не одинока: многие сверхкомпактные карликовые галактики демонстрируют избыток массы по сравнению со светимостью, так что теоретическое обоснование существования подобных дыр не заставило себя ждать.

ультракомпактная карликовая галактика M60-UCD1

Галактика M60-UCD1 крупным планом. Диаметр M60-UCD1 составляет лишь 300 световых лет — 1/500 диаметра Млечного Пути. Галактика содержит около 140 миллионов звезд. Фото: NASA, ESA and A. Seth (University of Utah, USA)

Осталось дело за опытным подтверждением теории. И оно было сделано: на «Хаббле» были определены точный диаметр и масса M60-UCD1, а с помощью 8-метрового Gemini North в обсерватории Мауна-Кеа исследовали движение звезд в центре крошечного спутника М60. В результате было доказано присутствие в центре невидимого, компактного тела массой в 21 миллион раз массивнее Солнца!

Чтобы понять, сколь велика относительная масса объекта в M60-UCD1, достаточно просто разделить его массу на общую массу галактики. Центральная черная дыра составляет 15% общей массы M60-UCD1! Невероятная цифра! Для сравнения: черная дыра в центре Млечного Пути только в 4 миллиона раз массивнее Солнца, что составляет менее 0,01% от общей массы Галактики.

О чем говорит это открытие? Во-первых, о том, что сверхмассивные черные дыры могут находиться даже там, где их существование, в общем, не ожидалось. Теперь предполагается, что общее количество таких объектов в локальной Вселенной может быть вдвое больше.

Во-вторых, эти результаты могут пролить свет на теорию образования сверхкомпактных карликовых галактик. Фактически, такие галактики могут быть остатками ядер больших галактик, разрушенных когда-то при столкновениях с другими звездными системами. Например, M60-UCD1 могла содержать в прошлом до 10 миллиардов звезд, которые она потеряла, пройдя слишком близко от галактики М60. Впрочем, все это пока предположения.

галактика М60 в прошлом

Пара галактик М60 и NGC 4647 (спиральная). © NASA, ESA

Сообщение об открытии опубликовано на сайте космического телескопа «Хаббл», а статья вышла 18 сентября в журнале Nature.