K. Mehrgan et al. / arXiv.org, 2019
Астрономы оценили массу крупной черной дыры в центре галактики Holmberg 15A, она оказалась равна примерно 40 миллиардам масс Солнца. Это наибольшее значение, полученное надежным методом на основе кинематики звезд, а не исходя из косвенных закономерностей, пишут авторы в препринте на arXiv.org.
Черная дыра — это объект с экстремальной гравитацией, не позволяющей никакому материальному телу покинуть окрестности. Обычно размером черной дыры считают горизонт событий — область, из-под которой не может выбраться свет. Диаметр горизонта событий прямо пропорционален массе черной дыры. Помимо массы, ее характеризует только момент вращения и электрический заряд.
В природе встречаются разные черные дыры, их масса лежит в диапазоне от единиц до миллиардов солнечных. Предполагается, что существуют черные дыры и за пределами этого диапазона, но это пока не было доказано. Черные дыры звездных масс получаются в результате эволюции крупных светил. Самые крупные примеры — сверхмассивные черные дыры (СМЧД) — встречаются в центрах галактик, их подробностей об их происхождение известно мало. В частности, к этому типу относится объект в центре галактики M87, тень от которого удалось пронаблюдать ранее в этом году.
Существует множество способов оценки массы СМЧД, но большинство из них опирается на косвенные зависимости между величинами, зачастую установленными эмпирически и не имеющими четкого теоретического обоснования. В частности, к ним относятся соотношения между fмассой СМЧД и дисперсией скоростей в ядре галактики, светимостью галактики, массой звезд и радиусом, не котором меняется характер взаимосвязи поверхностной яркости с расстоянием.
Самыми массивными считаются черные дыры в центрах квазаров, однако их оценка проведена на основе энерговыделения и опирается на множество предположений. Также из-за большой удаленности этих объектов их детальное исследование невозможно. Из относительно близких галактик экстремально тяжелая черная дыра предполагаются в центре IC 1101, но ее оценка строится на косвенных соотношениях и также не может считаться окончательной.
Наиболее надежными методами считаются прямые, то есть позволяющие получить оценки массы из динамики звезд или газа в непосредственных окрестностях СМЧД. На данный момент определенные этим способом наиболее массивные объекты расположены в центре галактик NGC 4889 и NGC 1600 — около 20 и 17 миллиардов масс Солнца, соответственно.
В работе под руководством Киануша Мехргана (Kianusch Mehrgan) детально исследовалось ядро Holmberg 15A. Это гигантская эллиптическая галактика, ярчайшая в своем скоплении Abell 85. Как и большинство подобных объектов, она обладает пониженной яркостью в центре, однако в данном случае ядро исключительно велико и тускло. Авторы использовали данные новых спектральных наблюдений центра Holmberg 15A, которые показывают скорость источников света, для создания правдоподобной модели орбитального движения звезд в этой области.
Оказалось, что в наилучшей степени воспроизвести данные наблюдений удается, предполагая, что в центре находится черная дыра с массой 40±8 миллиардов солнечных, что делает ее самым тяжелым объектом, масса которого была определена при помощи моделирования динамики. В таком случае удается воспроизвести многие наблюдаемые свойства галактики, такие как экстремально большое и тусклое ядро. В то же время полученная масса значительно отличается от предсказаний косвенных методов: в частности, она в 9 раз больше ожидаемой исходя из соотношения с дисперсией скоростей.
Астрономы намерены продолжить изучение объекта, например, проводя более детальное моделирование и сравнивая наблюдаемые величины с результатами космологических симуляций. Авторы надеются, что это позволит узнать историю образования центральных областей гигантских эллиптических галактик, которые должны получаться в результате слияния крупных предшественников. Также исследователи отмечают, что, исходя из полученной оценки массы, радиус тени данной черной дыры лишь слегка не дотягивает до текущих возможностей Телескопа горизонта событий — 18 микросекунд дуги против 25. Вполне вероятно, что переход на более короткие волны или другие улучшения позволяет напрямую проверить сделанную оценку.