В 2007 году астрономы обнаружили «Космическую подкову» (Cosmic Horseshoe) — линзированную систему галактик, расположенную на расстоянии около 5,5 миллиардов световых лет от Земли. Галактика на переднем плане за счет своей колоссальной массы искажает лучи света и как бы увеличивает размеры более далекой системы на заднем плане. Объекты расположены строго на луче зрения земного наблюдателя. В результате получается идеальное кольцо Эйнштейна, которое встречается далеко не во всех случаях гравитационного линзирования.
Автор нового исследования «Космической подковы» Карлос Мело-Карнейро из Института физики Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии с большой долей уверенности предположил наличие сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в галактике №1. Определение дано не для красного словца. По мнению ученого, масса объекта превышает солнечную массу в 36 миллиардов раз, а вся линзирующая галактика «тяжелее» нашего, отнюдь не маленького, Млечного Пути почти в 100 раз.
Строгого определения СМЧД не существует, но этот термин часто используется для описания черных дыр с массой более 5 миллиардов солнечных. Однако с превышением в 36 миллиардов раз ученым сталкиваться еще не приходилось.
Галактика, создающая эффект линзы в «Космической подкове», именуется в астрономических каталогах как LRG 3-757. Это редкий тип «светящихся красных галактик» (luminous red galaxies, сокращенно LRG), которые чрезвычайно ярки в инфракрасном диапазоне.
Существует взаимозависимость между массой черных дыр в центрах галактик и массой самих галактик. В карликовых галактиках не возникают СМЧД, в больших не наблюдаются мелкие дыры, размер которых сопоставим со звездным. На этом принципе основана так называемая теорема вириала, которая позволяет вычислить приблизительную массу крупного космического объекта вроде СМЧД, измеряя дисперсию лучевых скоростей (sigmа e) вращающихся вокруг объекта звезд.
Однако в случае с черной дырой в центре LRG 3-757 что-то пошло не так. Измерение дисперсии скоростей показало, что масса черной дыры как минимум в полтора раза выше массы, расcчитанной другими методами. Что стало причиной столь значительного несоответствия, ученые пока понять не могут.
Карлос Мело-Карнейро выдвинул несколько гипотез. Он предположил, что галактика LRG 3-757 принадлежит к реликтовым структурам, возникшим значительно раньше большинства объектов во Вселенной, вскоре после Большого Взрыва. Косвенным свидетельством этого являются преобладающие красные спектральные линии, говорящие о том, что звезды в LRG 3-757 не слишком горячи, а звездообразование там давно закончилось. Вполне вероятно, в ископаемых галактиках эволюция шла по-другому, что и привело к той картине, что мы наблюдаем.
Другая версия — своеобразная «космическая чистка». Она может происходить, когда две чрезвычайно массивные галактики сливаются, и это влияет на дисперсию скоростей звезд в центре новой звездной общности. В этом процессе свежеобразованная бинарная СМЧД динамически вытесняет тела из центральных областей объединенной галактики на периферию, эффективно уменьшая дисперсию скоростей, но оставляя массу сверхмассивной черной дыры практически неизменной.
Еще один вариант — обратная связь между черной дырой и активным галактическим ядром. Когда черные дыры с аппетитом Гаргантюа поглощают вещество, мощные струи и выбросы из активных галактических ядер могут подавлять формирование звезд и, возможно, изменять центральную структуру галактики. Это может нарушить зависимость роста СМЧД и дисперсии скоростей.
Третий сценарий предполагает, что такие сверхмассивные черные дыры могут быть остатками чрезвычайно ярких квазаров, которые в ранней Вселенной пережили быстрые эпизоды аккреции ископаемых черных дыр.
Автор делает вывод, что для объяснения странностей в соотношении «Масса/sigma e» в случае LRG 3-757 необходимы дополнительные наблюдения и более совершенные математические модели. Он возлагает надежды на миссию «Евклид», которая в течение следующих пяти лет может обнаружить тысячи новых гравитационных линз.
В названии космического телескопа «Евклид» скрыт легкий научный троллинг. Древнегреческий математик считается отцом классической геометрии, именуемой евклидовой. В ней параллельные прямые не пересекаются. Российский ученый Николай Лобачевский в середине XIX века сформулировал революционные принципы новой геометрии, которая относится к евклидовой примерно так же, как теория относительности Альберта Эйнштейна к физике Исаака Ньютона.
Подробнее о том, как «Евклид» ищет и находит кольца Эйнштейна, можно прочитать в этом материале на нашем сайте.
