Уже не один год астроном Карл Гебхардт (Karl Gebhardt) и его аспирант Джереми Мерфи (Jeremy Murphy) охотятся за сверхмассивными черными дырами, обитателями ядер активных галактик. В начале 2011-го ими была вычислена масса черной дыры, находящейся в центре галактики М87. Она оказалась равной 6,7 миллиардов масс Солнца, что на тот момент стало абсолютным рекордом среди подобных объектов.

Однако не прошло и года, как рекорд, судя по всему, пал. Новые рекордсмены — две черные дыры, отстоящие от нас более чем на 300 миллионов световых лет. Первая имеет массу 9,7 миллиарда масс Солнца и находится в центре гигантской эллиптической галактики NGC 3842. Это ярчайшая галактика в скоплении галактик Abell 1367 в созвездии Льва. Расстояние до нее оценивается в 320 миллионов световых лет.

Другой рекордсмен имеет, вероятно, такую же или даже большую массу. Эта черная дыра «сидит» в центре галактики NGC 4889 из созвездия Волос Вероники. Расстояние до нее немного дальше, чем до NGC 3842, и составляет примерно 336 миллионов световых лет.

сверхмассивная черная дыра

Миллионы звезд толпятся в ядре эллиптической галактики, закручиваясь вокруг гигантской черной дыры. Источник: Gemini Observatory/AURA/Lynette Cook

За впечатляющими результатами стоит большая работа целой группы астрономов, в том числе Гебхардта и Мерфи. Вначале ученые измерили скорость движения звезд во внутренних областях этих галактик, воспользовавшись услугами телескопов Gemini North и Keck II. Затем они вычислили скорость внешних регионов галактик с помощью спектрографа «Джордж и Синтия Митчелл», установленного на телескопе Харлан Смит. На основании данных о вращении звезд во внешних и внутренних регионах галактик, астрономы смогли вычислить массы невидимых тел в центрах NGC 3842 и NGC 4889. Для этого ученым пришлось прибегнуть к численному моделированию на суперкомпьютере.

В итоге массу чудовища из NGC 3842 астрономы оценили в 7-13 миллиардов масс Солнца, а массу черной дыры из NGC 4889 в 6-37 миллиардов масс Солнца. Как мы видим, в выводах ученых присутствует большая неопределенность (масса предыдущего рекордсмена из М87 лежит между 6,2 и 7 миллиардами масс Солнца), но она простительна, если учесть, что изучавшиеся галактики находятся более чем в пять раз дальше, чем галактика М87. Соавтор статьи Николас Макконнелл (Nicholas McConnell) из Калифорнийского университета полагает, что массы черных дыр лежат в этом диапазоне с вероятностью 68%, типичной для подобных измерений.

Если массы черных дыр и впрямь равны 10 миллиардам масс Солнца, то их горизонт событий (область вокруг черной дыры, из которой не может ускользнуть даже свет) простирается в 200 раз дальше орбиты Земли или в пять раз дальше орбиты Плутона. Но сфера непосредственного гравитационного влияния такой черной дыры гораздо больше и насчитывает примерно 4 тысячи световых лет в диаметре. «Найденные нами черные дыры примерно в 2500 раз больше той, что находится в центре Млечного Пути. Ее горизонт событий не превышает одной пятой орбиты Меркурия», – говорит Николас Макконнелл.

черная дыра в галактике NGC 3842

Сверхмассивная черная дыра в центре галактики NGC 3842 в представлении художника. Монстр легко прячется внутри желтоватого свечения гигантской эллиптической галактики, хотя ее горизонт событий (черная сфера на рисунке) как минимум в 3 раза шире, чем Солнечная система (показана в правой вставке). Источник: Pete Marenfeld

Существование столь массивных черных дыр предсказывалось на оснований наблюдений за квазарами, активными ядрами очень далеких галактик, которые буквально фонтанируют энергией. Появившись всего лишь через сотни миллионов лет после рождения Вселенной, квазары подобно гигантским маякам светят нам из глубин пространства и времени. Странно, но почему мы не наблюдаем квазары вблизи Млечного Пути? Возможно, черные дыры в галактиках NGC 3842 и NGC 4889 смогут дать ответ на этот вопрос, ведь они обладают примерно той же массой, что и черные дыры в квазарах, и потому могут быть связующим звеном между обычными сверхмассивными черными дырами и ярчайшими источниками света во Вселенной.

Любопытно, что наблюдения за галактиками показывают неожиданную зависимость между массой центральной черной дыры и некоторыми характеристиками галактики, такими как ее общая светимость и диапазон скоростей звезд в центральном балдже. Оказывается, что балдж (сфероидальное утолщение в центре спиральных галактик) тем больше и ярче, чем массивнее центральная черная дыра.

Эта взаимосвязь удивила астрономов, ибо она подразумевает, что черная дыра и галактика развиваются совместно: рост черной дыры отражается на росте галактики и наоборот. Это предположение кажется абсурдным, ибо масса центральной черной дыры (а значит, и ее гравитационное влияние на систему) все же несопоставима с общей массой галактики. И все же наблюдения из раза в раз подтверждают эту точку зрения.

Зависимость «дыра/балдж» пока не нашла удовлетворительного объяснения. Дальнейшие исследования сверхмассивных черных дыр должны пролить свет на эту взаимосвязь.