Согласно традиционному представлению, черные дыры часто «закрепились» в центрах галактик. Однако,Исследователи из Шанхайской обсерватории Китайской академии наук обнаружили «беспокойную» черную дыру в карликовой галактике примерно в 230 миллионах световых лет от Земли. Он не остался в ядре галактики, а отклонился от центра почти на 1 килопарсек (около 3000 световых лет) и выбросил радиоджеты. Эта черная дыра, находящаяся вне ядра, аккрецирующая на месте и несущая струи, в соседней карликовой галактике в настоящее время является одним из случаев с наименьшим красным смещением и наиболее убедительными доказательствами.
Это открытие еще больше укрепляет понимание того, что «рост черных дыр не ограничивается центром галактик», и открывает новый взгляд на понимание быстрого роста сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Science Bulletin 5 сентября 2025 года.
В нашей привычной картине Вселенной черные дыры часто рассматриваются как «сердца» галактик. Однако все больше наблюдений показывают, что некоторые черные дыры не остаются в центре галактик, а отклоняются от ядра и «блуждают» по галактическому диску или внешним краям. Такие объекты называются «блуждающими черными дырами», блуждающими по Вселенной, как заблудившиеся путешественники.
Зачем искать их в карликовых галактиках? Карликовые галактики имеют небольшую массу и относительно простую историю эволюции. Они подобны «космическим окаменелостям», хранящим ключи к разгадке роста ранних черных дыр. Теория предсказывает, что отдача гравитационной волны или взаимодействие нескольких тел после слияния галактик могут легко привести к выбрасыванию черных дыр из центра карликовых галактик с неглубокими гравитационными потенциальными ямами и превращению их в черные дыры, блуждающие по периферии галактики. Некоторые модели даже предполагают, что значительная часть черных дыр карликовых галактик смещена от центра на целую тысячу парсеков, но прямых и недвусмысленных наблюдательных доказательств уже давно не хватает.
Международная группа под руководством исследователя Ан Тао из Шанхайской обсерватории Китайской академии наук нацелилась на карликовую галактику под названием MaNGA 12772-12704, которая находится всего в 230 миллионах световых лет от Земли (красное смещение z≈0,017). На основе интегрированных спектральных данных поля зрения Спектрального обзора близлежащих галактик (MaNGA) исследователи обнаружили, что эта галактика демонстрирует особенности слабых активных галактических ядер (AGN). Общая форма галактики правильная, явных признаков слияния или двойного АЯГ нет. Но ключевым моментом является то, что связанное с ним радиоизлучение находится не в геометрическом центре галактики, а смещено почти на тысячу парсеков от центра.
Чтобы подтвердить его природу, команда использовала радиотелескоп с очень длинной базой (VLBA) для получения глубоких изображений в диапазонах 1,6 ГГц и 4,9 ГГц. Результаты показывают, что угловое расстояние между источником и центром галактики составляет 2,68 угловых секунды (что соответствует 0,94 килопарсека), яркостная температура радиоядра превышает один миллиард Кельвинов, а на изображении с частотой 1,6 ГГц наблюдалась структура радиоизлучения, простирающаяся примерно на 2,2 парсека (7,2 световых года) в юго-восточном направлении. Это типичные характеристики АЯГ. Мало того, команда также систематически прочесала архивные данные с 1993 по 2023 год и обнаружила, что источник демонстрирует немонотонные «сильные и слабые» изменения в масштабе десятилетий, что соответствует поведению «долговременной аккреции на месте»; это существенно отличается от обычного закона монотонного распада остатков сверхновых в течение нескольких лет, что позволяет эффективно устранять «претендентов». В сочетании с массой звезды в ее родительской галактике эмпирическая оценка массы черной дыры примерно в 300 000 раз превышает массу Солнца, которое попадает в категорию черных дыр промежуточной массы (ЧДД). Объединив несколько наблюдательных характеристик, можно подтвердить, что это свободная черная дыра с активной аккрецией и джетами, и в настоящее время это одна из самых близких (с самым низким красным смещением) карликовых галактик. Помощник исследователя Лю Юаньци ярко сказал: «Это похоже на космический маяк, освещенный «блуждающей черной дырой». Хотя она покинула центр галактики, она все еще излучает энергию наружу».
Этот вывод особенно поразителен, если рассматривать его с более широкой статистической точки зрения. Среди более чем 3000 карликовых галактик MaNGA исследователи отобрали 628 кандидатов на AGN. Около 62% источников имели АЯГ, отклоняющиеся от оптического центра галактики, что указывает на то, что денуклеаризация не может быть редкостью. Но «кандидат» — это не то же самое, что «подтверждение». Команда Ана Тао провела многоуровневый отбор более 600 кандидатов и, наконец, выбрала 11 целей, наиболее перспективных для обнаружения радиоизлучения, и использовала высочайшую чувствительность и разрешение для отслеживания наблюдений. Среди наблюдений этих 11 целевых источников только MaNGA 12772-12704 имеет тройное свидетельство «плотной температуры высокой яркости, парсековой струи и 30-летнего изменения света во временной области» одновременно, став единственным подтвержденным случаем на данный момент.
Бумажные моменты
Это исследование превращает «блуждающие черные дыры» из теоретической гипотезы в прямое наблюдение. С появлением телескопов следующего поколения «пропавшие черные дыры», возможно, перестанут быть редкостью — в будущем оптические телескопы с чрезвычайно большой апертурой смогут точно измерять оптический центр и структуру карликовых галактик, получать спектры высокого разрешения на глубине, разрешать слабые или замаскированные особенности АЯГ, обнаруживать больше кандидатов на роль внеъядерных или свободных черных дыр, а также расширять размер выборки.
С завершением строительства основной массивной системы FAST и радиотелескопа с решеткой квадратных километров (SKA) астрономы получат возможность проводить систематические исследования неба с более высокой чувствительностью и разрешением, обнаруживать более слабые радиосигналы и даже напрямую различать микроджеты на субпарсековом уровне, что приведет к прорыву в подтверждении и статистическом исследовании эксцентрических черных дыр. Возможно, в будущем мы поймем, что блуждающие черные дыры во Вселенной – не редкость. Они подобны «невидимым путешественникам» на краях галактик, бесшумно и глубоко влияющие на жизненный путь галактик.