Убегающие звезды обнаружили скрытую черную дыру в ближайшем соседе Млечного Пути

Художественное представление сверхскоростной звезды, выброшенной из Большого Магелланова Облака (показано справа). Когда двойная звездная система оказывается слишком близко к сверхмассивной черной дыре, интенсивные гравитационные силы разрывают пару на части. Одна звезда захватывается на тесную орбиту вокруг черной дыры, в то время как другая выбрасывается наружу на экстремальных скоростях — часто превышающих миллионы миль в час — становясь сверхскоростной звездой. Вставленная иллюстрация изображает этот процесс: орбитальный путь исходной двойной показан в виде переплетенных линий, причем одна звезда захватывается черной дырой (около центра вставки), а другая выбрасывается в космос (внизу справа). Автор: CfA/Melissa Weiss

Астрономы обнаружили весомые доказательства существования ближайшей сверхмассивной черной дыры за пределами галактики Млечный Путь. Эта гигантская черная дыра расположена в Большом Магеллановом Облаке, одном из ближайших галактических соседей нашей.

Чтобы сделать это открытие, исследователи проследили пути с ультратонкой точностью 21 звезды на окраинах Млечного Пути. Эти звезды движутся так быстро, что они вырвутся из гравитационных тисков Млечного Пути или любой близлежащей галактики. Астрономы называют их «гиперскоростными» звездами.

Подобно тому, как эксперты-криминалисты воссоздают происхождение пули на основе ее траектории, исследователи определили, откуда взялись эти сверхскоростные звезды. Они обнаружили, что около половины из них связаны со сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути. Однако другая половина возникла в другом месте: из ранее неизвестной гигантской черной дыры в Большом Магеллановом Облаке (БМО).

Исследователи обнаружили эту скрытную черную дыру, используя данные миссии Gaia Европейского космического агентства, спутника, который отследил более миллиарда звезд по всему Млечному Пути с беспрецедентной точностью. Они также использовали улучшенное понимание орбиты БМО вокруг Млечного Пути, недавно полученное другими исследователями.

«Мы знали, что эти сверхскоростные звезды существуют уже некоторое время, но Gaia предоставила нам данные, необходимые для того, чтобы выяснить, откуда они на самом деле взялись», — сказал соавтор Карим Эль-Бадри из Калтеха в Пасадене, Калифорния. «Объединив эти данные с нашими новыми теоретическими моделями того, как эти звезды движутся, мы сделали это замечательное открытие».

Гиперскоростные звезды образуются, когда двойная звездная система оказывается слишком близко к сверхмассивной черной дыре. Интенсивное гравитационное притяжение черной дыры разрывает две звезды, захватывая одну звезду на близкую орбиту вокруг нее. Тем временем другая осиротевшая звезда отбрасывается со скоростью, превышающей несколько миллионов миль в час, и рождается гиперскоростная звезда.

Значительной частью исследования команды было предсказание их теоретической модели о том, что сверхмассивная черная дыра в БМО создаст скопление гиперскоростных звезд в одном углу Млечного Пути из-за того, как БМО движется вокруг Млечного Пути. Звезды, выброшенные вдоль направления движения БМО, должны получить дополнительный импульс скорости. Действительно, их данные показали существование такого скопления.

Группа ученых обнаружила, что свойства сверхскоростных звезд нельзя объяснить другими механизмами, например, выбросом звезд при взрыве их компаньонов сверхновой или выбросом звезд механизмом, подобным описанному выше для двойной звездной системы, но без участия сверхмассивной черной дыры.

«Единственное объяснение, которое мы можем предложить этим данным, — это существование гигантской черной дыры в нашей галактике по соседству», — сказал соавтор Скотт Луккини, также из CfA. «Так что в нашем космическом соседстве не только сверхмассивная черная дыра Млечного Пути вытесняет звезды из своей галактики».

Используя скорости звезд и относительное количество звезд, выброшенных сверхмассивными черными дырами БМО и Млечного Пути, команда определила, что масса черной дыры БМО составляет около 600 000 масс Солнца. Для сравнения, сверхмассивная черная дыра в Млечном Пути имеет около 4 миллионов солнечных масс. В других местах во Вселенной есть сверхмассивные черные дыры с массой в миллиарды раз больше массы Солнца.

Статья, описывающая эти результаты, была принята к публикации в The Astrophysical Journal. Предварительная версия опубликована на сервере препринтов arXiv.

Больше информации: Jiwon Jesse Han et al, Hypervelocity Stars Trace a Supermassive Black Hole in the Large Magellanic Cloud, The Astrophysical Journal (2025). On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2502.00102

Источник: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics