Космічний телескоп «Джеймс Вебб» вперше зафіксував чорну діру, яка вирвалася зі своєї рідної галактики та рухалася міжгалактичним простором із колосальною швидкістю близько трьох мільйонів кілометрів на годину. Науковці виявили перед об’єктом характерну ударну хвилю з газу, що формується внаслідок його стрімкого руху й стала ключовим підтвердженням його природи. Хоча подібні сценарії давно передбачали теоретично, це перший підтверджений випадок «втечі» надмасивної чорної діри. Результати опублікували на сайті препринтів arXiv.
Художнє зображення втечі чорної діри з центру галактики та сліду, який вона залишає за собою. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Чому науковці запідозрили чорну діру у втечі?
Ще у 2023 році команда астрофізиків з Єльського університету аналізувала архівні зображення космічного телескопа «Габбл» і помітила слабку, але дуже довгу світлу лінію, яка тягнулася крізь міжгалактичний простір. Спочатку науковці припустили, що це може бути артефакт, недолік зображення, але подальші спостереження за допомогою наземної обсерваторії Кека показали, що структура реальна. Ба більше, вона виявилася гігантською: її довжина становила приблизно 200 тисяч світлових років, що вдвічі більше, ніж діаметр Чумацького Шляху.
Знімок телескопа «Габбл», на якому видно слід із молодих зір, що його залишила по собі чорна діра. van Dokkum et al., 2025
Цей дивний слід складався з молодих зір, які утворилися вже після того, як невідомий об’єкт пролетів крізь цю ділянку простору. Науковці розрахували, що маса об'єкта сягає приблизно 20 мільйонів мас Сонця — це відповідає класу надмасивних чорних дір, які зазвичай мешкають у центрах галактик. Однак подальші дослідження виявили, що ця чорна діра не перебувала в ядрі жодної галактики, а рухалася в міжгалактичному просторі, ніби її хтось «вистрелив» звідти.
Хто змусив чорну діру втекти?
Щоб з’ясувати, як чорна діра покинула центр своєї галактики, науковці провели спостереження на космічному телескопі «Джеймс Вебб». Дослідники виявили структуру, яку вони назвали подібною на збурення на поверхні води від руху моторного човна. Тільки у випадку чорної діри замість води був міжзоряний газ, а замість носа човна — гравітаційний вплив цього масивного об’єкта. Коли чорна діра рухалася крізь міжзоряний газ зі швидкістю 3,6 мільйона кілометрів на годину, вона сильно стискала середовище перед собою. Через це газ не встигав «розсунутися», тож утворилася зона різкого зростання температури, тиску та щільності — ударна хвиля. Ця хвиля не лише нагріла газ, а й запустила нові процеси, стискаючи хмари газу до стану, коли в них почали формуватися нові зорі.
Ударна хвиля в міжзоряному газі, яку утворила чорна діра. Зліва — спрощене зображення з телескопа «Джеймс Вебб», на якому помаранчевим позначено найбільш стиснені та розігріті ділянки; справа — схема проходження ударної хвилі. van Dokkum et al., 2025
Науковці вважають, що єдиний реалістичний механізм викиду чорної діри з її галактики — це гравітаційна взаємодія між кількома чорними дірами. Якщо уявити галактичне зіткнення, де дві галактики зливаються, а їхні центральні чорні діри починають зближуватися, то поява третьої чорної діри в такій системі порушує складні гравітаційні взаємодії між двома тілами. У результаті одна з чорних дір може отримати потужний імпульс і бути буквально викинутою назовні. За оцінками дослідників, маси всіх учасників цього зіткнення становили десятки мільйонів мас Сонця, тож утворена внаслідок цього енергія була колосальною.
Як втечі чорних дір змінюють наше уявлення про еволюцію галактик?
Це перший випадок спостереження втечі надмасивної чорної діри, який підтверджує давні теоретичні моделі, що десятиліттями залишалися неперевіреними. Така втеча демонструє, що чорні діри не завжди залишаються в центрах своїх галактик, як вважали раніше, а можуть вириватися з них і подорожувати міжгалактичним простором. Крім того, це відкриття показує новий механізм впливу чорних дір на еволюцію Всесвіту: рухаючись крізь космос, вони здатні стимулювати зореутворення, змінювати структуру газових хмар і формувати нові зоряні системи.
Як вивчають незвичну природу чорних дір
🔎 У липні минулого року астрономи зафіксували подію, яку вважали найбільшим злиттям двох чорних дір. Але вже у грудні науковці пояснили, що відкриття було перебільшеним через гравітаційне лінзування.
🔭 За допомогою телескопа «Джеймс Вебб» науковці також зафіксували появу чорної діри внаслідок сильного стиснення газу під час зіткнення двох галактик.
🕳 Зіткнення галактик часто призводять до утворення нових чорних дір у процесі злиття вже наявних. Одну з таких подій вдалося зафіксувати телескопу «Габбл».
