Астрономи виявили статистичні докази відштовхування надмасивних чорних дір

Галактичні зіткнення - це події вражаючих масштабів. Надмасивні чорні діри (НМЧД) в їхніх центрах занурюються в хаотичний орбітальний танець, який зрештою зливається в один залишок. На шляху до цього моменту вони можуть бути "виштовхнуті" з центру своєї галактики - і знаходження цих "відштовхуваних" чорних дір стало викликом космології на протязі десятиліть. Нова стаття, доступна на arXiv міжнародною командою, використала нову ідею для відстеження цих швидко рухомих велетнів.

Але на шляху до цього остаточного стабільного пункту, особливість теорії загальної відносності Ейнштейна викликає ще більше хаосу. Якщо зливаючі чорні діри мають неправильно вирівняне обертання або є нерівними за масою, вони будуть випромінювати гравітаційні хвилі в одному напрямку - що потім виштовхує їх імпульс в протилежному напрямку. Сказати, що це багато імпульсу, здається, є недооцінкою. Ці чорні діри розганяються до швидкості сотень або навіть тисяч кілометрів на секунду.

Нова ідея в статті зосереджена на тому, що супроводжує чорні діри, коли їх виштовхують з відповідних галактичних центрів. Конкретно, їхня швидкість повинна бути пов'язана з тим, скільки пилу їх оточує. Використовуючи тенденцію, яка була спочатку передбачена симуляціями десятиліття тому, дослідники намагалися довести, що коли НМЧД виштовхується, вона тягне за собою свій щільно зв'язаний внутрішній акреційний диск, який представлений Широкою Лінійною Областю, де екстремальне Доплерівське зміщення розмиває емісійні лінії.

Фрейзер обговорює, що відбувається, коли чорні діри зливаються.

На противагу цьому, більш розсіяні пилові хмари, які знаходяться далі від чорної діри, залишаться на місці, коли НМЧД буде виштовхнута. Вони захоплюються спектрографічним підписом, званим Вузькою Лінійною Областю. Ці пилові хмари більше пов'язані з самою галактикою, ніж з чорною дірою, і тому не слідують за чорною дірою відразу. Виявлення зміщення довжини хвилі між Широкою Лінійною Областю та Вузькою Лінійною Областю дозволило б дослідникам обчислити зміщення швидкості чорної діри. Поєднуючи це з вимірюванням пилу навколо кожного квазару (де вважалося, що чорні діри з високою швидкістю оточені більшим обсягом пилу), вони змогли б статистично відокремити чорні діри, які активно виштовхуються, від тих, що залишаються стаціонарними.

Результат виявився скромним, але надзвичайно значущим позитивним кореляційним зв'язком між зміщенням швидкості квазара (тобто його швидкістю) і кількістю пилу, що його оточує. Але щоб підтвердити свою точку зору, вони провели той же аналіз, використовуючи лише Вузькі Лінійні Області один проти одного, щоб переконатися, що не було статистичного збігу. Оскільки всі Вузькі Лінійні Області повинні були залишитися позаду, кореляція повинна була зникнути, і це сталося.

Але в дослідженні був один нюанс - НМЧД, які виглядають зміщеними в бік синього (тобто, які рухаються до нас), здається, більше закриті пилом, ніж ті, що рухаються в бік від нас. Це протилежно тому, що можна було б очікувати, враховуючи чисту модель відштовхування, хоча команда має кілька потенційних пояснень цього, включаючи упередження в тому, як спектральні лінії підганяються, або деяку менш зрозумілу фізику, що діє на чорну діру одночасно.

Оскільки це була статистична вправа, важливо зазначити, що це лише кореляція - не причинно-наслідковий зв'язок. Але це пропонує деякі спокусливі уявлення про те, що ми можемо очікувати побачити, коли наступного покоління обсерваторії гравітаційних хвиль, такі як місія LISA від ESA, стануть онлайн. Автори оцінюють, що до 50% відомих квазарів могли бути результатом відносно недавнього злиття чорних дір. Якщо це так, то ці космічні обсерваторії матимуть абсолютний скарб даних для збору. І ми, можливо, зрештою знайдемо визначний спосіб відстежувати ці величезні, швидко рухомі космологічні титани.