Наши знания о чёрных дырах неполны. Мы знаем, что существуют чёрные дыры звёздной массы, которые образуются, когда массивные звёзды коллапсируют в конце своей жизни, когда заканчивается процесс термоядерного синтеза. Мы знаем, что сверхмассивные чёрные дыры находятся в центре галактик и иногда сливаются друг с другом. Тот факт, что гипотетически могут существовать ещё два типа чёрных дыр — первичные чёрные дыры и чёрные дыры средней массы — иллюстрирует, насколько наше понимание неполно.

Основная причина наших неполных знаний — сложности с наблюдением чёрных дыр. Похоже, что в центре большинства галактик находятся чёрные дыры, но их можно наблюдать напрямую только тогда, когда они аккрецируют вещество и излучают свет. Это т.н. активные галактические ядра (АГЯ).

Группа астрономов обнаружила АГЯ в далёкой карликовой галактике, расположенной на расстоянии около 230 миллионов световых лет. Интересно, что эта чёрная дыра не находится в центре галактики. Вместо этого она смещена от центра примерно на 3200 световых лет. И это не единственный подобный случай.

Это открытие описано в новой статье, опубликованной в журнале Science Bulletin. Она называется «Кандидат в массивные блуждающие чёрные дыры с выбросами в карликовой галактике», а её ведущим автором является Юаньци Лю из Шанхайской астрономической обсерватории.

Новое открытие представляет собой смещённую массивную чёрную дыру, которая активно аккрецирует материю, как АГЯ, и также производит характерные для АГЯ джеты (релятивистские струи). Это показывает, что чёрные дыры могут активно аккрецировать материю и расти, даже если они не расположены в центре галактики. Это необычно, поскольку известно, что в центрах галактик находятся большие резервуары газа, которыми питаются чёрные дыры.

«Внеядерные (или смещённые) активные галактические ядра всё чаще признаются важными лабораториями, полезными для понимания динамики галактик и эволюции чёрных дыр, а недавние исследования показывают, что они довольно распространены в различных популяциях галактик», — пишут авторы нового исследования.

Астрономы заинтересованы в изучении чёрных дыр в карликовых галактиках. Карликовые галактики имеют более простую эволюционную историю и меньшую массу, чем крупные галактики, такие как Млечный Путь. Это означает, что свидетельства процессов, которые сформировали их чёрные дыры, в них сохранились лучше, чем в более массивных галактиках.

Карликовые галактики также имеют более мелкие гравитационные колодцы просто потому, что они менее массивны. Исследования показывают, что таких событий, как слияние галактик или взаимодействие с участием нескольких других тел, бывает достаточно, чтобы вытолкнуть чёрные дыры из центров карликовых галактик. Вероятно, именно это и произошло в данном случае.

Это новое открытие было сделано в ходе исследования «Картирование ближайших галактик в обсерватории Апач-Пойнт» (MaNGA). MaNGA картографирует около 10 000 галактик и исследует их внутреннюю кинематическую структуру, а также состав газа и звёзд. В ходе исследования было выявлено 628 карликовых галактик с потенциальными АГЯ. Из этих 628 АГЯ около 390, или 62%, могут быть смещены от центров своих галактик.

В ходе этого исследования команда использовала Very Long Baseline Array для изучения карликовой галактики под названием MaNGA 12772-12704. Поскольку галактика-хозяйка не показывает никаких признаков слияния, таких как приливные хвосты или двойные ядра, они пришли к выводу, что то, что они обнаружили, является смещённой чёрной дырой. Исследователи подсчитали, что масса этой чёрной дыры составляет около 300 000 солнечных, что означает, что она может попадать как раз в диапазон неуловимых до сей поры чёрных дыр средней массы — в зависимости от того, как их определять.

Это исследование показывает, что смещённые чёрные дыры могут расти, даже если они не находятся в центре галактики, где для них легко доступен газ для аккреции. Это открытие является прямым доказательством, подтверждающим альтернативный процесс роста чёрных дыр. Астрофизики знают, что чёрные дыры могут расти за счёт аккреции и слияний, когда их галактики сливаются. Это подтверждают наблюдения гравитационных волн. Но это исследование показывает, что чёрные дыры могут становиться более массивными без слияний и без необходимости находиться вблизи центра галактики и её газового резервуара.

«Это открытие заставляет нас переосмыслить совместную эволюцию чёрных дыр и галактик, — сказал соавтор Тао Ан в пресс-релизе. — Чёрные дыры являются не только центральными „двигателями“ своих галактик, но и могут незаметно изменять их форму, действуя на окраинах».

«Это имеет глубокие последствия, особенно для формирования сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной, где традиционные модели не могут объяснить быстрый рост сверхмассивных чёрных дыр», — объясняют авторы в своём исследовании. Общая модель роста чёрных дыр в галактиках предполагает эффективный, устойчивый и непрерывный рост за счёт газа, который направляется в центр галактики.

«MaNGA 12772-12704 предлагает альтернативный путь: чёрные дыры могут расти за счёт аккреционных событий, распределённых по всей их галактике-хозяйке», — пишут исследователи. Поскольку в ранней Вселенной существовали хаотичные, богатые газом галактики, этот альтернативный путь может быть ещё более актуальным.

Это открытие также заставляет учёных пересмотреть, как обратная связь АГЯ, важный процесс в галактиках, работает в карликовых галактиках с малой массой. «Эти наблюдения показывают, что даже смещённые сверхмассивные чёрные дыры могут вызывать механическую обратную связь, влияя на звёздообразование и динамику газа в своих галактиках-хозяйках, — объясняют авторы в своём исследовании. — Чётко выраженный реактивный поток в этом внеядерном АГЯ показывает, что системы аккреционного диска и реактивного потока, которые обычно наблюдаются в мощных АГЯ в массивных галактиках, могут формироваться и поддерживаться за пределами галактического центра, расширяя наши представления о физике АГЯ».

Это открытие помогает перевести блуждающие чёрные дыры из разряда гипотетических в разряд подтверждённых наблюдениями. По мере появления всё более мощных телескопов астрономы смогут обнаружить и подтвердить существование ещё большего числа таких объектов, в том числе сотен, которые пока находятся в «подвешенном» состоянии в качестве кандидатов. Как только астрономы смогут наблюдать центры и структуры галактик с большей точностью, они, возможно, обнаружат, что смещённые АГЯ не являются редкостью, по крайней мере в карликовых галактиках.

В результате наше понимание чёрных дыр, самых загадочных объектов Вселенной, сделает огром��ый шаг вперёд.