Благодаря новому анализу одной из самых мощных гравитационных линз, известной как «Космическая Подкова», ученые смогли косвенно установить наличие в центре линзирующей галактики черной дыры, чья масса составляет приблизительно 36 миллиардов масс Солнца.
В 2007 году, в процессе анализа данных, полученных в Sloan Digital Sky Survey, астрономы обнаружили гравитационно линзированную систему, известную как «Космическая Подкова» (SDSS J1148+1930). Позднее она была исследована с использованием космического телескопа «Хаббл».
Анализ полученных изображений позволил установить соответствие ее структуре, предоставив возможность рассмотреть как подковообразное «кольцо», так и саму линзирующую галактику в том виде, в котором они существовали примерно четыре–пять миллиардов лет назад и десять миллиардов лет назад соответственно. Таким образом, ближайшая массивная галактика выступает в роли «линзы», а «кольцо» образовано искаженным светом расположенного дальше объекта.
Новое исследование, проведенное группой астрофизиков под руководством Карлоса Р. Мело-Карнейро из Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии, посвящено изучению «Космической Подковы». Результаты исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета показали, что в центре линзирующей галактики, вероятно, расположилась рекордная черная дыра с массой около 36 миллиардов солнечных.
Астрофизики сделали соответствующий вывод, зафиксировав в системе структуру, именуемую «радиальной дугой». Если такие дуги располагаются вдоль радиального направления от центра гравитационной линзы (например, скопления галактик), их иногда называют «радиальными дугами» (radial arcs) в отличие от « тангенциальных дуг» (касательные дуги), расположенные вдоль окружности вокруг центра. Благодаря радиальным дугам ученые могут определить наличие сверхмассивной черной дыры и другие характеристики.
После повторного изучения снимков, сделанных телескопом «Хаббл», ученые проанализировали форму и расположение радиальной дуги и «кольца» (внешней дуги), а также, используя спектрограф MUSE, установленный на телескопе VLT, определили скорости движения звезд в различных точках галактики.
Объединив оба набора данных в единую модель, астрофизики сделали вывод о наличии в центре линзы компоненты, которая по своим характеристикам напоминает черную дыру с массой приблизительно 36 миллиардов солнечных масс. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры Стрелец A*, находящейся в центре Млечного Пути, равна четырем миллионам солнечных масс.
Учитывая огромную массу галактики, вокруг которой вращаются другие объекты, и значительный вес центрального объекта, ученые считают, что он может представлять собой пример альтернативного пути развития массивных галактик. Предполагается, что он мог возникнуть либо в результате последовательного слияния крупных галактик и черных дыр, либо за счет быстрого увеличения массы.
Поскольку открытие было сделано с использованием непрямого подхода, для подтверждения полученных данных необходима более обширная выборка гравитационных линз, аналогичных «Космической Подкове». Благодаря этому исследователи смогут оценить массу сверхмассивных черных дыр на различных этапах их развития и выяснить причины, обуславливающие их значительный вес.