Анализ данных примерно 100 тысяч квазаров позволил исследователям из Университета Этвеша Лоранда (ELTE) получить статистическое подтверждение того, что некоторые сверхмассивные чёрные дыры выбрасываются из центров галактик после слияния. Предсказание было сделано 10 лет назад членами той же исследовательской группы — Петером Раффаи, Жолтом Фреем и Золтаном Хайманом. Новое исследование возглавил Бенце Бечи, выпускник ELTE, ныне работающий в Университете Бирмингема. Результаты опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Об этом пишет издание Phys.org.
Когда две галактики сливаются, их центральные чёрные дыры образуют двойную систему, излучают гравитационные волны и в итоге сливаются, оставляя ещё более массивную чёрную дыру. В финальные моменты слияния возникают мощнейшие гравитационные волны. Если они излучаются неравномерно, оставшаяся чёрная дыра получает «удар», подобный отдаче ружья при выстреле. Скорость такой чёрной дыры может достигать нескольких миллионов километров в час, смещая её из центра галактики. Если удар недостаточно силён, чтобы выбросить её полностью, чёрная дыра возвращается и начинает колебаться вокруг ядра, как маятник.
Согласно общей теории относительности, такой эффект должен происходить, но до сих пор его не удавалось однозначно подтвердить. Вместо поиска отдельных необычных объектов исследователи проверили, можно ли обнаружить статистический след выброшенных чёрных дыр в данных десятков тысяч квазаров — ярких активных ядер галактик. Свет квазаров содержит информацию о скорости чёрной дыры и о количестве пыли вокруг неё: смещение спектральных линий указывает на скорость, а покраснение света — на наличие пыли.
В 2016 году Раффаи, Хайман и Фрей предсказали, что между скоростью и содержанием пыли должна существовать связь: чёрная дыра движется быстрее всего в центре галактики, где пыль наиболее плотная. Поэтому квазары с более быстрыми чёрными дырами должны быть в среднем более пыльными. Теперь эта связь обнаружена в реальных данных. Среди самых пыльных квазаров доля объектов с самыми быстрыми чёрными дырами в три раза выше, чем среди квазаров с самыми медленными.
«Очень трудно доказать, что чёрная дыра в отдельном квазаре была выброшена, потому что другие явления могут давать похожие сигналы. Новизна нашего исследования в том, что мы искали статистические следы целой популяции, а не отдельных кандидатов», — отметил Бечи. Результат оставался устойчивым при разных методах отбора и измерений, но исчезал при сравнении только света от газовых облаков, не следующих за движением чёрной дыры. Наиболее естественное объяснение — часть квазаров содержит чёрные дыры, выброшенные после слияния, причём в примерно половине изученных квазаров слияние произошло относительно недавно.
Эти выводы важны для подготовки к запуску космической обсерватории LISA Европейского космического агентства, запланированному на 2035 год. Три аппарата, разнесённые на 2,5 миллиона километров, будут напрямую регистрировать гравитационные волны от слияний сверхмассивных чёрных дыр. Исследователи ELTE участвуют в научной подготовке LISA с 2006 года, а с 2026 года продолжат работу в рамках новой национальной лаборатории. «Если сигнал действительно вызван выброшенными чёрными дырами, то слияния происходят часто, и это напрямую определяет, сколько таких событий LISA сможет обнаружить», — подчеркнул профессор Фрей.