В центре галактики NGC 1600, удалённой от нас на 200 миллионов световых лет, астрономы заметили плотное скопление звёзд. Оно выглядело как яркий узел на фоне размытого сияния — и это было неожиданно. Считалось, что в таких гигантских эллиптических галактиках ядерные звёздные скопления не выживают: слияния сверхмассивных чёрных дыр должны были вышвырнуть звёзды из центра, оставив лишь пустоту. Но наблюдения телескопа «Хаббл» показывают: до трети массивных эллиптических галактик всё же прячут в ядре плотное звёздное сгущение. Как оно там оказалось?

Ответ кроется в моменте, когда две галактики сливаются, а их чёрные дыры, кружась друг вокруг друга, испускают гравитационные волны. Эти волны уносят энергию и импульс, и объединённая чёрная дыра получает отдачу — как пушка после выстрела. Если отскок умеренный, чёрная дыра не покидает галактику, а начинает колебаться вокруг центра, словно маятник. И здесь вступает в игру эффект, который авторы назвали «чёрнодырным буксированием»: чёрная дыра, двигаясь сквозь звёздное море, увлекает за собой часть звёзд, как буксир тянет за собой баржи. Звёзды, оказавшиеся в гравитационной связке с чёрной дырой, следуют за ней в её странствиях. Когда чёрная дыра возвращается к центру, эти звёзды остаются там, образуя плотное ядро — то самое ядерное звёздное скопление.

Чтобы проверить идею, учёные провели серию компьютерных симуляций, воспроизводящих слияния галактик. Они взяли шесть реальных гигантских эллиптических галактик — NGC 1600, A2147-BCG, NGC 6166, 4C+74.13, A2261-BCG и IC 1101 — и смоделировали их как продукт столкновения двух одинаковых предшественников. Каждая симуляция отслеживала судьбы миллионов звёзд и тёмной материи, а также чёрной дыры, которой после слияния придавали отскок со скоростью 0.1, 0.3 или 0.5 от скорости убегания галактики. Результаты показали: при малых скоростях отскока чёрная дыра почти не сдвигается, и профиль плотности звёзд остаётся прежним. При больших скоростях она вышвыривает звёзды из центра, формируя плоское ядро. Но при промежуточных скоростях — как раз 500–1000 км/с — возникает конкуренция двух эффектов: часть звёзд связывается с чёрной дырой и движется вместе с ней, а часть выбрасывается при её возвращении. В центре остаётся плотное сгущение, окружённое уплощённым ядром.

Массы таких сгущений в симуляциях составили от 0.5 до 38.4 × $10^8$ масс Солнца, радиусы — от 30 до 470 парсек, а дисперсии скоростей звёзд внутри — от 405 до 637 км/с. Эти значения попадают в диапазон наблюдаемых ядерных звёздных скоплений, хотя и в его верхнюю часть. Сгущения почти сферичны: их эллиптичность всего 0.06–0.24. И они устойчивы: время релаксации в них превышает 10 миллиардов лет, то есть они переживут многие поколения звёзд. Это снимает давнее противоречие между теорией, предсказывавшей разрушение ЯЗС в гигантских галактиках, и наблюдениями, которые их находили. Оказалось, что один и тот же процесс — гравитационно-волновой отскок — может в зависимости от скорости либо разрушать, либо создавать центральное звёздное сгущение.

Будущее этого механизма связано с новыми телескопами. Инструменты класса 30 метров и космический телескоп «Джеймс Уэбб» смогут различить такие скопления в далёких галактиках и проверить, действительно ли они рождаются именно так. Если в галактиках с признаками прошлых слияний обнаружат сферические, химически однородные звёздные сгущения, это станет прямым подтверждением модели. А пока чёрная дыра-буксир остаётся элегантным объяснением того, как самые тёмные объекты Вселенной могут собирать вокруг себя звёздные караваны.