Столкновение галактик – одно из самых зрелищных явлений дальнего космоса. Новое исследование, представленное в Сиэтле (штат Вашингтон) на ежегодной зимней встрече Американского астрономического общества, посвящено процессам, которые происходят при галактических коллизиях со сверхмассивными черными дырами, располагающимися в ядрах гигантских звездных систем.
Галактические драмы
Многие галактики демонстрируют признаки того, что некогда в прошлом они пережили слияние объектов меньшего масштаба. Характер движения некоторых галактик дает возможность заключить, что подобное событие предстоит им в будущем. Например, наш Млечный Путь через несколько миллиардов лет ожидает неминуемая встреча с соседней гигантской галактикой Андромеды. Так что явление это вряд ли можно считать редким, однако численные оценки того, насколько часто оно происходит, до сих пор были весьма неопределенны.
Процессы столкновения и объединения галактик чрезвычайно сложны из-за большого количества составляющих их компонентов разного рода. Они сопровождаются множеством разнообразных эффектов, могут вызвать вспышки звездообразования из-за возникновения ударных волн в газопылевом веществе межзвездной среды.
Если в ядрах взаимодействующих галактик присутствуют сверхмассивные черные дыры, то при столкновении они, скорее всего, найдут друг друга и сольются с образованием еще более тяжелой черной дыры. И данное явление также должно сопровождаться некоторыми эффектами, которые с недавнего времени поддаются регистрации.
Как сливаются черные дыры
Во-первых, слияние породит гравитационные волны. В последние годы их научились детектировать с помощью приемников LIGO и Virgo. Уже заявлено о нескольких зарегистрированных событиях слияния черных дыр, однако эти сигналы испущены слияниями черных дыр с невысокими массами.
Во-вторых, порожденная столкновением гигантская черная дыра с большой вероятностью может быть отброшена из той области, где она сформировалась. Это происходит в силу закона сохранения импульса. Дело в том, что сливающиеся объекты вполне могут иметь неодинаковые массы и скорости, и при их встрече разница в этих параметрах никуда не исчезнет. Она проявится как импульс новой сверхмассивной черной дыры, смещающий ее от места встречи исходной пары.
Если одна из вступивших во взаимодействие черных дыр была значительно больше, новорожденный объект может быть вообще выброшен за пределы столкнувшихся галактик. Однако такое событие – большая редкость. В более распространенных случаях, когда разница невелика, новая черная дыра отбрасывается на расстояние до сотен световых лет, после чего гравитационные силы заставят ее медленно дрейфовать обратно в пределы ядра галактики.
Поиск улетевших черных дыр
Автор новой работы, аспирантка Рочестерского технологического института (Нью-Йорк) Яшашри Джадхав занимается поиском таких черных дыр, смещенных относительно центров их галактик. Она изучает изображения ста галактик на снимках, полученных с помощью космического телескопа им. Хаббла.
Сначала молодой исследовательнице необходимо вычислить местонахождение галактического центра. Это делается путем подсчета суммарного излучения огромной системы звезд, скоплений, туманностей, на основании которого производится оценка положения центра масс. Затем Джадхав, исследуя снимки в ближней инфракрасной области, определяет, где находится сверхмассивная черная дыра, и оценивает расстояние между ней и центром.
Из сотни изученных таким методом объектов приблизительно в 20 % случаев черные дыры оказались смещены относительно центров галактик.
Перспективы исследования
Яшашри Джадхав ставит своей целью выяснить, как часто происходит слияние галактик, насколько это явление типично и закономерно и как широко оно распространено во Вселенной.
Еще одна задача состоит в уточнении частоты гравитационных волн, которые генерируются при объединении сверхмассивных черных дыр. По расчетам, она должна быть много меньше, чем при столкновении черных дыр звездной массы, и принять такой длинноволновый сигнал современные детекторы пока неспособны. Но после модернизации комплекса LIGO в начале 2020-х годов чувствительность и рабочий диапазон его должны значительно возрасти, и от приемника ожидают регистрации большого количества таких событий.
