Астрономи оголосили про найбільше в історії відкриття чорних дір.

DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — сучасний астрономічний прилад, здатний одночасно вловлювати світло від п’яти тисяч галактик, розкладаючи його на спектри. Спектроскопічний інструмент працює з 2020 року, він встановлений на чотириметровому телескопі Mayall в Національній обсерваторії Кітт-Пік (штат Аризона, США).

Прилад DESI призначений для вивчення темної енергії, точніше — досліджує вплив темної енергії на швидкість розширення Всесвіту. Він отримує оптичні спектри десятків мільйонів галактик і квазарів і створює тривимірну карту, що охоплює Всесвіт на відстані 11 мільярдів світлових років. До 2026 року DESI має зібрати інформацію про 40 мільйонів таких об’єктів.

Міжнародна команда астрофізиків під керівництвом Рагадіпіки Пучі (Ragadeepika Pucha) з Університету Юти (США) проаналізувала великий пакет даних DESI, що охоплює 20 відсотків спостережень першого року роботи приладу. У вибірку увійшли спектри 410 тисяч галактик, включаючи 115 тисяч карликових — тьмяних систем з невеликою кількістю газу.

Карликові галактики — це невеликі космічні об’єкти, в яких міститься значно менше зірок (від кількох тисяч до кількох мільярдів), ніж у великих галактиках на кшталт нашого Чумацького Шляху. Через скромні розміри та тьмяне світіння вчені довго не могли вивчати процеси, що відбуваються в центрах карликових галактик. Сучасні телескопи не могли розглянути дрібні деталі.

Ситуація змінилася, коли вчені зосередилися на пошуку активних ядер галактик (АЯГ). Так називають чорні дірки, які активно поглинають навколишню матерію — газ, пил, зірки. У процесі цього «пиршества» матерія розганяється до околосвітових швидкостей, нагрівається і починає яскраво світитися, випромінюючи величезну кількість енергії в різних діапазонах електромагнітного випромінювання. Це перетворює чорну дірку на потужний космічний «прожектор», який навіть у тьмяній карликовій галактиці можна помітити на величезній відстані.

Саме такі сигнали став шукати DESI. Його надточні датчики здатні вловлювати характерні «підписи» активних чорних дірок у спектрах світла — наприклад, лінії іонізованого газу, який обертається навколо дірки на величезних швидкостях. Завдяки цьому інструмент зміг виявити тисячі прихованих об’єктів, які раніше залишалися непоміченими через технічні обмеження.

Серед даних спектроскопа дослідники виявили 2500 кандидатів у карликові галактики з активними ядрами. Це в чотири рази більше, ніж знаходили в попередні рази подібними інструментами. Подальший аналіз показав, що лише два відсотки карликових систем демонструють ознаки АЯГ. Це вказує на те, що більшість чорних дірок у них або сплять, або залишаються непоміченими.

Окремий прорив — виявлення 300 кандидатів у чорні дірки проміжної маси (від сотень до мільйонів мас Сонця). До цього часу наука знала лише про 100-150 кандидатів у такі об’єкти.

Більшість чорних дірок, відомих ученим, або постзіркові (від 10 до кількох десятків мас Сонця), або надмасивні (більш ніж у мільйон разів більше маси Сонця). Чорні дірки проміжної маси погано вивчені, але вважається, що вони є «насінням» надмасивних чорних дірок, які сьогодні розташовані в центрі великих галактик. Крім того, існує ймовірність, що ці об’єкти — релікти найперших чорних дірок, що виникли після Великого вибуху. Якщо вони дійшли до наших днів, то представляють собою «живі релікти» ранньої космології, зберігши інформацію про фізичні умови та процеси дуже молодого Всесвіту.

Парадоксально, але лише 70 з 300 кандидатів у чорні дірки проміжної маси збіглися з карликовими галактиками. Це суперечить існуючій гіпотезі про те, що ці об’єкти частіше формуються саме в карликових системах.

«‎Можливо, ми стикаємося з новими механізмами утворення чорних дірок або особливостями їх зростання», — пояснила американський астрофізик Стефані Жюно (Stephanie Juneau), співавтор дослідження з Національної дослідницької лабораторії оптичної та інфрачервоної астрономії.

Успіх DESI пов’язаний з його технологіями. Кожен з 5000 оптоволоконних датчиків інструмента має діаметр всього 10 мікрон, що дозволяє фокусуватися на ядрах галактик, уникаючи «засвітки» від їх окраїн.

Відкриття команди Пучі піднімає нові питання. Чому так мало чорних дірок проміжної маси пов’язані з карликовими галактиками? Як вони впливають на еволюцію «господарів»? Чи існує зв’язок між механізмами утворення чорних дірок і типами галактик, в яких вони мешкають? Пошук відповідей може змінити уявлення вчених про формування чорних дірок. З продовженням роботи DESI дослідники очікують ще більше сюрпризів.

Висновки вчених представлені в статті, опублікованій в The Astrophysical Journal.