В галактике в центре массивного скопления под названием Abell 1201 на расстоянии около 2,7 миллиарда световых лет от нас скрывается не просто сверхмассивная, а ультрамассивная чёрная дыра, масса которой в 32,7 миллиарда раз превышает массу Солнца. Эта оценка по меньшей мере на 7 млрд солнечных масс больше предыдущих оценок её массы.
«Эта конкретная чёрная дыра, которая примерно в 30 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, является одной из самых больших из когда-либо обнаруженных и находится на верхней границе того, насколько большими, по нашему мнению, теоретически могут стать чёрные дыры, поэтому это чрезвычайно захватывающее открытие, — объясняет физик Джеймс Найтингейл из Даремского университета в Великобритании.
Во Вселенной существует множество чёрных дыр, но их нелегко обнаружить, если только они активно не поглощают материю – в этом случае материя разгоняется и начинает ярко светиться перед тем, как упасть за горизонт событий. Поэтому нам приходится искать чёрные дыры по тому, как они влияют на окружающие их объекты.
Один из способов обнаружения чёрных дыр — эффект гравитационного линзирования. Он возникает, когда само пространство-время искривляется под действием массы. Любой свет, проходящий через эту область пространства-времени, вынужден двигаться по искривлённому пути, и это может выглядеть очень интересно для удалённого наблюдателя.
Схема гравитационного линзирования
Свет искривляется, растягивается, и изображение его источника часто увеличивается. Центральная галактика, или ярчайшая галактика скопления (BCG) Abell 1201, — это большая диффузная эллиптическая галактика, выступающая в роли сильной гравитационной линзы. Галактика, находящаяся далеко за пределами BCG, выглядит рядом с ней в виде вытянутого пятна, похожего на бровь, плотно обхватывающую её окраины. Это пятно было обнаружено в 2003 году; в 2017 году астрономы нашли второе, более тусклое пятно, ещё ближе к галактическому центру.
Спектроскопическое исследование Abell 1201 BCG, на котором отчётливо видна линзированная галактика в виде мазка в правом верхнем квадранте.
Найтингейл и его коллеги не только получили доступ к более свежим наблюдениям, но и разработали инструменты для их понимания. Они провели сотни тысяч симуляций движения света через Вселенную, изменяя массу чёрной дыры в центре галактики, в поисках результатов, повторяющих линзирование, наблюдаемое нами в Abell 1021 BCG. Результаты исследования были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Все модели, кроме одной, выдали массу чёрной дыры, в 32,7 миллиарда раз превышающую массу Солнца. Это позволяет отнести её к ультрамассивным чёрным дырам, масса которых превышает 10 миллиардов Солнц, и приближается к теоретическому верхнему пределу массы чёрной дыры в 50 миллиардов Солнц.
Эта масса также ставит чёрную дыру Abell 1021 BCG в десятку самых массивных чёрных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Диаметр её горизонта событий составит более 1 290 астрономических единиц. Для сравнения, расстояние Плутона от Солнца составляет всего 40 астрономических единиц.
