Астрофизики сделали историческое открытие черных дыр, которое стало крупнейшим на сегодняшний день.

DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — современный астрономический прибор, который способен одновременно фиксировать свет от пяти тысяч галактик, разбивая его на спектры. Этот спектроскопический инструмент функционирует с 2020 года и установлен на четырехметровом телескопе Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик (штат Аризона, США).

Прибор DESI предназначен для изучения темной энергии, в частности — для исследования влияния темной энергии на скорость расширения Вселенной. Он собирает оптические спектры десятков миллионов галактик и квазаров и создает трехмерную карту, охватывающую Вселенную на расстоянии 11 миллиардов световых лет. К 2026 году DESI планирует собрать данные о 40 миллионах таких объектов.

Международная команда астрофизиков под руководством Рагадипики Пучи (Ragadeepika Pucha) из Университета Юты (США) проанализировала обширный набор данных DESI, охватывающий 20 процентов наблюдений первого года работы прибора. В выборку вошли спектры 410 тысяч галактик, включая 115 тысяч карликовых — тусклых систем с малым содержанием газа.

Карликовые галактики — это небольшие космические объекты, в которых содержится значительно меньше звезд (от нескольких тысяч до нескольких миллиардов), чем в крупных галактиках, таких как наш Млечный Путь. Из-за их скромных размеров и слабого свечения ученые долгое время не могли изучать процессы, происходящие в центрах карликовых галактик, так как современные телескопы не могли уловить мелкие детали.

Ситуация изменилась, когда ученые начали искать активные ядра галактик (АЯГ). Это черные дыры, которые активно поглощают окружающую материю — газ, пыль, звезды. В процессе этого «пиршества» материя разгоняется до околосветовых скоростей, нагревается и начинает ярко светиться, испуская огромное количество энергии в различных диапазонах электромагнитного излучения. Это превращает черную дыру в мощный космический «прожектор», который можно заметить даже на большом расстоянии, даже в тусклой карликовой галактике.

Именно такие сигналы искал DESI. Его высокоточные датчики способны фиксировать характерные «подписи» активных черных дыр в спектрах света — например, линии ионизированного газа, вращающегося вокруг дыры с огромными скоростями. Благодаря этому инструменту удалось обнаружить тысячи скрытых объектов, которые ранее оставались незамеченными из-за технических ограничений.

Среди данных спектроскопа исследователи выявили 2500 кандидатов в карликовые галактики с активными ядрами, что в четыре раза больше, чем находили ранее с помощью аналогичных инструментов. Дальнейший анализ показал, что лишь два процента карликовых систем демонстрируют признаки АЯГ, что указывает на то, что большинство черных дыр в них либо спят, либо остаются незамеченными.

Отдельным прорывом стало обнаружение 300 кандидатов в черные дыры промежуточной массы (от сотен до миллионов масс Солнца). Научное сообщество знало лишь о 100-150 таких кандидатах до этого момента.

Большинство известных ученым черных дыр либо послезвездные (от 10 до нескольких десятков масс Солнца), либо сверхмассивные (более чем в миллион раз больше массы Солнца). Черные дыры промежуточной массы изучены слабо, но предполагается, что они являются «семенами» сверхмассивных черных дыр, которые находятся в центрах крупных галактик. Также существует вероятность, что эти объекты — реликты первых черных дыр, образовавшихся после Большого взрыва. Если они сохранились до наших дней, то представляют собой «живые реликвии» ранней космологии, сохранившие информацию о физических условиях и процессах очень молодой Вселенной.

Парадоксально, но только 70 из 300 кандидатов в черные дыры промежуточной массы совпали с карликовыми галактиками, что противоречит существующей гипотезе о том, что такие объекты чаще формируются именно в карликовых системах.

«‎Возможно, мы сталкиваемся с новыми механизмами формирования черных дыр или особенностями их роста», — пояснила американский астрофизик Стефани Жюно (Stephanie Juneau), соавтор исследования из Национальной исследовательской лаборатории оптической и инфракрасной астрономии.

Успех DESI обусловлен его технологиями. Каждый из 5000 оптоволоконных датчиков инструмента имеет диаметр всего 10 микрон, что позволяет фокусироваться на ядрах галактик и избегать «засветки» от их окраин.

Открытие команды Пучи поднимает новые вопросы. Почему так мало черных дыр промежуточной массы связано с карликовыми галактиками? Как они влияют на эволюцию «хозяев»? Существует ли связь между механизмами образования черных дыр и типами галактик, в которых они находятся? Поиск ответов на эти вопросы может изменить представления ученых о формировании черных дыр. В процессе дальнейшей работы DESI исследователи ожидают еще больше неожиданных находок.

Выводы ученых опубликованы в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal.