В соседней галактике нашли черную дыру уникального размера

Масса черных дыр, появляющихся вследствие гравитационного коллапса, составляет от 2,5 до 5,6 массы Солнца, а, например, сверхмассивная дыра в галактике М87 весит около 6,4 миллиона масс Солнца.

Ученые предполагали, что в разрыве между этими двумя вариантами существуют черные дыры размером в несколько сотен масс Солнца. Обнаружить их крайне сложно, так как в их горизонте событий мало звезд, по скорости движения которых можно судить о существовании черной дыры.

Еще в 2014 году в шаровом звездном скоплении B023-G078 в галактике М31 был обнаружен объект, похожий на черную дыру среднего размера, но потребовалось несколько лет, чтобы доказать, что это действительно черная дыра. 

Выяснилось, что на самом деле B023-G078 – это не шаровое звездное скопление, а ядро карликовой галактики, когда-то поглощенной М31. Дело в том, что при образовании гигантских галактик вроде Туманности Андромеды звезды маленьких галактик попадают под гравитационное воздействие других объектов и отрываются от своего ядра – такое событие называется приливным отрывом. Вероятно, это произошло с B023-G078, от которой осталось только ядро высокой плотности с черной дырой в центре.  Раньше астрономам уже удавалось наблюдать такие разорванные галактики, но они были намного крупнее и в их центрах находились массивные черные дыры.

Для исследования галактики B023-G078 использовались телескопы обсерватории «Джемини» и космический телескоп «Хаббл». В частности, был изучен световой профиль: у шарового скопления он обычно одинаковый в центре и по краям, но у B023-G078 свечение в центре круглое, а по краям – более плоское.

Сведения о светимости также помогли ученым смоделировать распределение массы и скорость движения звезд внутри бывшей галактики. Оказалось, что для движения звезд со скоростью, которую зафиксировала обсерватория «Джемини», в B023-G078 должна находиться черная дыра массой около 100 000 масс Солнца.

В пользу галактического происхождения B023-G078 говорит и неоднородный химический состав звезд. Это связано с тем, что звезды в шаровом скоплении образуются все одновременно, а галактика эволюционирует постепенно. К тому же в ее центр может попасть газ, из которого формируются звезды, или в нее под действием гравитации могут быть втянуты мелкие объекты. 

Масса черной дыры в B023-G078 оценивается примерно в 107 000 масс Солнца, то есть она занимает промежуточное положение между дырами звездного размера и сверхмассивными черными дырами.

Астрономы предполагают, что многие существующие звездные скопления могут оказаться разорванными галактиками с черными дырами разной массы. Их обнаружение поможет больше узнать о функционировании черных дыр, а также понять, как именно формируются мегагалактики и как происходит поглощение карликовых галактик.

Также есть предположение, что B023-G078 может оказаться целой популяцией черных дыр массой менее 100 масс Солнца. Вероятно, звезды в нем находились на поздних стадиях развития и коллапсировали в черные дыры. Это также может объяснить необычно высокую скорость движения звезд в скоплении.

Открытие нового типа черных дыр поможет исследователям понять, как зародились и эволюционировали все подобные объекты во Вселенной. Возможно, черные дыры промежуточного размера возникают при слиянии нескольких черных дыр звездной массы. И, в свою очередь, среднеразмерные дыры могут соединяться, образуя сверхмассивные.