Астрономи можливо виявили “темну” чорну діру, що вільно плаває по галактиці

Якщо, як вважають астрономи, смерть великих зірок залишає по собі чорні діри, їх має бути сотні мільйонів, розкиданих по всій галактиці Чумацький Шлях. Проблема в тому, що ізольовані чорні діри невидимі.

Про це розповідають у Каліфорнійському університеті в Берклі, передають OstanniPodii.com

Тепер астрономи вперше відкрили те, що може бути чорною дірою у вільному плаванні. Вони зробили відкриття, спостерігаючи за яскравішанням більш далекої зорі, оскільки її світло було спотворене сильним гравітаційним полем об′єкта - так зване гравітаційне мікролінзування.

Команда під керівництвом аспірантки Кейсі Лем та доцентки астрономії Джессіки Лу з Каліфорнійського університету в Берклі оцінила масу невидимого компактного об′єкта у 1,6-4,4 раза більше маси Сонця. Оскільки астрономи вважають, що залишок загиблої зірки має бути важчим за 2,2 сонячної маси, щоб перетворитися на чорну діру, дослідники попереджають, що об′єкт може бути не чорною дірою, а нейтронною зорею. Нейтронні зорі також є щільними, дуже компактними об′єктами, але їхня гравітація врівноважується внутрішнім тиском нейтронів, що запобігає подальшому колапсу у чорну діру.

Будь то чорна діра або нейтронна зоря, об′єкт є першим темним зоряним залишком - зіркою-"примарою", що виявлена під час блукання галактикою без зв′язку з іншою зіркою.

"Це перша чорна діра або нейтронна зоря, що вільно плаває, виявлена за допомогою гравітаційного мікролінзування", - сказала Лу. "За допомогою мікролінзування ми можемо досліджувати ці самотні, компактні об′єкти та зважувати їх. Я думаю, що ми відкрили нове вікно до цих темних об′єктів, які не можна побачити жодним іншим способом".

Визначення кількості цих компактних об′єктів, що населяють галактику Чумацький Шлях, допоможе астрономам зрозуміти еволюцію зірок - зокрема, як вони помирають - і еволюцію нашої галактики, і можливо це покаже, чи є якісь з невидимих чорних дір первинними чорними дірами, які, на думку деяких космологів, були створені у великій кількості під час Великого вибуху.

Аналіз, проведений командою, був прийнятий до публікації в журналі The Astrophysical Journal Letters. Аналіз включає чотири інші події мікролінзування, які, на думку команди, не були викликані чорною дірою, хоча дві з них, ймовірно, були викликані білим карликом або нейтронною зорею. Команда також дійшла висновку, що можлива популяція чорних дір у галактиці становить 200 мільйонів - приблизно стільки, скільки передбачала більшість теоретиків.

Одні й ті самі дані, різні висновки

Примітно, що команда конкурентів з Наукового інституту космічного телескопа (STScI) у Балтіморі проаналізувала ту саму подію мікролінзування й стверджує, що маса компактного об′єкта ближче до 7,1 сонячної маси та, безперечно, є чорною дірою. Стаття, що описує аналіз, проведений командою STScI під керівництвом Кайлаша Саху, була прийнято до публікації у журналі The Astrophysical Journal.

Обидві групи використовували одні й ті самі дані: фотометричні вимірювання яскравості далекої зорі, світло якої спотворювалося або "лінзувалося" надкомпактним об′єктом, та астрометричні вимірювання зміщення положення далекої зорі на небі в результаті гравітаційного спотворення об′єктом, що лінзує. Фотометричні дані були отримані з двох досліджень мікролінзування: "Експеримент оптичного гравітаційного лінзування" (OGLE), в якому використовується 1,3-метровий телескоп у Чилі під управлінням Варшавського університету, та експерименту "Спостереження мікролінзування в астрофізиці" (MOA), який використовує 1,8-метровий телескоп у Новій Зеландії під керівництвом Університету Осаки. Астрометричні дані було отримано з космічного телескопа "Хаббл". STScI керує науковою програмою для телескопа та проводить його наукові операції.

Оскільки обидва дослідження мікролінзування зловили один і той самий об′єкт, він має дві назви: MOA-2011-BLG-191 та OGLE-2011-BLG-0462 (скорочено OB110462).

Хоча подібні спостереження щорічно виявляють у галактиці Чумацький Шлях близько 2 000 зірок, що стали яскравішими внаслідок мікролінзування, саме додавання астрометричних даних дозволило двом командам визначити масу компактного об′єкта та його відстань від Землі. За оцінками групи під керівництвом Каліфорнійського університету, він знаходиться на відстані від 2280 до 6260 світлових років (700-1920 парсек) у напрямку центру галактики Чумацький Шлях і поблизу великої опуклості, яка оточує центральну масивну чорну діру галактики.

За оцінками групи STScI, він знаходиться на відстані близько 5153 світлових років (1580 парсек).

У пошуках голки у стозі сіна

Лу та Лем вперше зацікавилися цим об′єктом у 2020 році після того, як команда STScI дійшла попереднього висновку, що п′ять подій мікролінзування, спостережувані "Хабблом", всі з яких тривали понад 100 днів і, отже, могли бути чорними дірами, можуть бути спричинені не компактними об′єктами.

Новини за подібною темою:

		У нашій галактиці знайдено наймасивнішу чорну діру зоряної маси
		Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробиває газовий диск більшої чорної діри
		Надмасивні чорні діри ненадовго прокидаються з глибокого сну завдяки подрібненим ними зорям

Лу, яка займається пошуком чорних дір у вільному плаванні з 2008 року, вважає, що отримані дані допоможуть їй краще оцінити їх кількість у галактиці, яка, за приблизними оцінками, становить від 10 мільйонів до 1 мільярда. Досі чорні діри зоряного розміру виявили лише у складі бінарних зоряних систем. Чорні діри в бінарних системах можна побачити або в рентгенівському випромінюванні, яке утворюється, коли матеріал зірки падає на чорну діру, або за допомогою новітніх детекторів гравітаційних хвиль, які чутливі до злиття двох або більше чорних дір. Але такі події трапляються рідко.

"Ми з Кейсі побачили дані та дуже зацікавилися. Ми сказали: Ух ти, жодних чорних дір. Це дивно, хоча вони мали бути", - розповідає Лу. "І ось ми почали вивчати дані. Якби в даних дійсно не було чорних дір, то це не відповідало б нашій моделі про те, скільки чорних дір має бути в Чумацькому Шляху. Щось мало б змінитися в нашому розумінні чорних дір - або їх кількість, або швидкість руху, або їх маса".

Коли Лем проаналізувала фотометрію та астрометрію п′яти подій мікролінзування, вона була здивована тим, що одна з них, OB110462, мала характеристики компактного об′єкта: об′єкт лінзування здавався темним, а отже, не зіркою; зоряне яскравішання тривало довго, майже 300 днів; спотворення положення фонової зірки також було тривалим.

Тривалість події лінзування була головним наведенням, сказала Лем. У 2020 році вона показала, що найкращий спосіб пошуку чорних дір-мікролінз - це пошук дуже тривалих подій. За її словами, тільки 1% здатних до виявлення подій мікролінзування, швидше за все, виходять від чорних дір, тому пошук усіх подій буде схожий на пошук голки в стозі сіна. Але, за розрахунками Лем, близько 40% подій мікролінзування, які тривають понад 120 днів, найімовірніше, є чорними дірами.

"Те, як довго триває подія яскравішання, говорить про те, наскільки масивною є лінза переднього плану, що згинає світло фонової зірки", - сказала Лем. "Тривалі події більш вірогідні через чорні діри. Однак це не гарантія, оскільки тривалість епізоду яскравішання залежить не тільки від того, наскільки масивна лінза переднього плану, а й від того, наскільки швидко лінза переднього плану та фонова зірка рухаються відносно одна одної. Однак, отримавши також вимірювання видимого положення фонової зірки, ми зможемо підтвердити, чи справді лінза переднього плану є чорною дірою".

За словами Лу, гравітаційний вплив OB110462 на світло фонової зірки був напрочуд довгим. Потрібно було приблизно один рік, щоб зірка стала яскравішою до свого піка у 2011 році, а потім близько року, щоб потьмяніти до нормального рівня.

Додаткові дані дозволять відрізнити чорну діру від нейтронної зорі

Щоб підтвердити, що OB110462 була викликана надкомпактним об′єктом, Лу та Лем запросили додаткові астрометричні дані у Хаббла, частина яких надійшла у жовтні минулого року. Ці нові дані показали, що зміна положення зірки внаслідок впливу гравітаційного поля лінзи все ще можна спостерігати через 10 років після події. Подальші спостереження Хаббла за мікролінзою попередньо заплановані на осінь 2022 року.

Аналіз нових даних підтвердив, що OB110462, швидше за все, є чорною дірою або нейтронною зорею.

Лу та Лем підозрюють, що різні висновки двох груп пов′язані з тим, що астрометричні та фотометричні дані дають різні оцінки відносного руху об′єкта переднього плану та фонового об′єкта. Астрометричний аналіз також різниться між двома командами. Команда під керівництвом Каліфорнійського університету стверджує, що поки що неможливо визначити, чи є об′єкт чорною дірою або нейтронною зорею, але вони сподіваються усунути цю невідповідність за допомогою більшої кількості даних Хаббла та покращеного аналізу в майбутньому.

"Хоч би як нам хотілося сказати, що це однозначно чорна діра, ми повинні повідомити про всі допустимі рішення. Сюди входять і чорні діри меншої маси, і, можливо, навіть нейтронна зоря", - сказала Лу.

"Якщо ви не можете повірити кривій блиску, яскравості, то це говорить про щось важливе. Якщо ви не вірите співвідношенню положення і часу, це говорить про щось важливе", - каже Лем. "Тому, якщо щось з них неправильне, ми повинні зрозуміти чому. Або інший варіант: те, що ми вимірюємо в обох наборах даних, вірно, але наша модель невірна. Дані фотометрії та астрометрії є результатом того самого фізичного процесу, що означає, що яскравість і положення повинні відповідати один одному. Значить, там чогось не вистачає".

Обидві команди також оцінили швидкість надкомпактного об′єкта лінзування. Команда Лу/Лем виявила відносно спокійну швидкість менш як 30 км/с. Команда STScI виявила незвичайно велику швидкість, 45 км/с, яку вона інтерпретувала як результат додаткового поштовху, який передбачувана чорна діра отримала від наднової, що породила її.

Лу інтерпретує низьку швидкість, отриману її командою, як потенційну підтримку нової теорії, згідно з якою чорні діри не є результатом наднових, як заведено вважати сьогодні, а походять від невдалих наднових, які не спричинили яскравого сплеску у Всесвіті та не дали поштовху утвореній чорній дірі.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри