Сверхмассивные чёрные дыры, лишь изредка мелькающие в сердцах массивных скоплений галактик, являются одними из самых больших и самых неуловимых объектов во Вселенной. Эти гигантские чёрные дыры обладают массой, превышающей массу 10 миллиардов солнц, что делает их гораздо более чудовищными, чем даже сверхмассивные чёрные дыры, обнаруженные в центрах галактик, таких как Млечный Путь, а их огромные размеры уже давно озадачивают астрономов.
Теперь исследователи, изучающие редкое слияние трёх галактик с тремя сверхмассивными чёрными дырами в их центрах в одну, возможно, наконец-то обнаружили происхождение этих космических монстров.
Используя космологическое моделирование высокого разрешения под названием ASTRID, команда смоделировала эволюцию Вселенной, какой она была около 11 миллиардов лет назад. В ходе моделирования команда специалистов стала свидетелем рождения ультрамассивной чёрной дыры после слияния трёх галактик. Каждая из этих галактик содержала свой собственный квазар, сверхмассивную чёрную дыру, которая питается газом и вызывает массивные выбросы радиации, которые могут затмить все вместе взятые звёзды в их галактиках-хозяевах.
Когда эта тройка квазаров встретилась, она образовала ещё более массивную чёрную дыру, одновременно вызвав безумный аппетит, который позволил объединённому объекту достичь сверхмассивного статуса.
«Мы обнаружили очень редкую систему, содержащую триплет квазаров в эпоху космического полудня — около 11 миллиардов лет назад, когда галактики и сверхмассивные чёрные дыры достигли своего пика активности, — сообщил Live Science по электронной почте ведущий автор исследования Юэин Ни (Yueying Ni), аспирант Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Система состоит из трёх ярких квазаров, питаемых сверхмассивными чёрными дырами, каждая из которых находится в массивных галактиках, масса которых примерно в 10 раз превышает массу нашей галактики, Млечного Пути.»
Моделирование команды показало, что тройные квазары, вероятно, слились в течение 150 миллионов лет и образовали самую массивную чёрную дыру за всю симуляцию, с массой, превышающей массу Солнца более чем в 300 миллиардов раз — или больше, чем у всех звёзд Млечного Пути вместе взятых, согласно Ни.
«Это указывает на возможный канал образования этих сверхмассивных чёрных дыр в результате экстремальных событий слияния нескольких сверхмассивных чёрных дыр», — сказал Ни.
Редкость систем с тремя квазарами может объяснить, почему сверхмассивные чёрные дыры в реальной Вселенной так неуловимы.
«И хотя в целом мы ожидаем, что более массивные системы будут содержать более массивные чёрные дыры, сверхмассивные чёрные дыры неуловимы, потому что рост чёрных дыр — это довольно саморегулируемый процесс, — пояснил Ни. — В изолированной системе/галактике, когда чёрная дыра становится достаточно массивной, она создаёт сильную обратную связь со своим окружением и ограничивает себя от дальнейшего быстрого роста.»
Другими словами, астрономы ожидают, что образование сверхмассивной чёрной дыры с массой даже на нижнем конце спектра (примерно в 10 миллиардов раз больше, чем у Солнца) произойдёт только в очень редких и экстремальных сценариях. В данном случае это происходит в виде повторяющихся слияний трёх очень массивных галактик.
В качестве последующей работы команда учёных намерена провести статистический анализ систем с несколькими квазарами в моделировании ASTRID, чтобы изучить свойства их галактик-хозяев, провести фиктивные наблюдения и проследить, как сверхмассивная чёрная дыра и галактика-хозяин эволюционируют по мере продолжения моделирования.
Данное исследование было опубликовано 30 ноября 2022 года в The Astrophysical Journal Letters.
