Астрономи спіймали чорну діру рідкісного типу за поглинанням зорі

Ймовірну чорну діру середньої маси виявлено завдяки випромінюванню, утвореному при поглинанні зорі.

Це яскраве джерело рентгенівського випромінювання, названий NGC 6099 HLX-1, як вбачається, знаходиться в компактному зоряному скупченні в гігантській еліптичній галактиці, розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Вже через кілька років після свого запуску у 1990 році телескоп «Габбл» виявив, що галактики у всьому Всесвіті можуть містити в своїх центрах надмасивні чорні діри, маса яких у мільйони або мільярди разів перевищує масу нашого Сонця. Крім того, галактики також містять мільйони маленьких чорних дір, маса яких менше ніж у 100 разів перевищує масу Сонця. Вони утворюються, коли масивні зорі досягають кінця свого життя.

Набагато важче виявити чорні діри середньої маси (ЧДСМ), маса яких становить від кількох сотень до кількох сотень тисяч мас нашого Сонця. Ця не надто велика й не надто мала категорія чорних дір часто невидима для нас, оскільки ЧДСМ не поглинають стільки газу й зірок, як надмасивні чорні діри, які при цьому утворюють потужне випромінювання. Щоб їх виявити, потрібно застати їх за пошуком їжі. Коли вони час від часу поглинають нещасну зорю, що пролітає повз них — в тому, що астрономи називають припливним руйнуванням — вони утворюють потужний потік випромінювання.

Найновіша ймовірна ЧДСМ, спіймана на «перекусі» в даних телескопа, розташована на околиці галактики NGC 6099, приблизно за 40 000 світлових років від центру галактики, як описано в новому дослідженні в Astrophysical Journal. Галактика знаходиться приблизно за 450 мільйонів світлових років від нас у сузір′ї Геркулеса.

Астрономи вперше побачили незвичайне джерело рентгенівського випромінювання на знімку, зробленому телескопом NASA «Чандра» в 2009 році. Потім вони стежили за його еволюцією за допомогою космічної обсерваторії «XMM-Newton» Європейського космічного агентства.

«Джерела рентгенівського випромінювання з такою екстремальною яскравістю рідко зустрічаються за межами ядер галактик і можуть служити ключовим інструментом для виявлення невловних ЧДСМ. Вони є важливою відсутньою ланкою в еволюції чорних дір між зоряною масою та надмасивними чорними дірами», — сказав головний автор дослідження І-Чі Чанг з Національного університету Цінхуа, Сіньчу, Тайвань.

Рентгенівське випромінювання, що надходить від NGC 6099 HLX-1, має температуру 3 мільйони градусів, що відповідає явищу припливного руйнування. «Габбл» виявив сліди невеликого скупчення зірок навколо чорної діри. Ця група дала б чорній дірі багато їжі, оскільки зорі розташовані так близько одна до одної, що відстань між ними становить менше одного світлового року.

Підозрювана ЧДСМ досягла максимальної яскравості у 2012 році, а потім продовжувала тьмяніти до 2023 року. Оптичні та рентгенівські спостереження за цей період не перекриваються, що ускладнює інтерпретацію. Чорна діра могла розірвати захоплену зорю, створивши плазмовий диск, який демонструє мінливість, або вона могла сформувати диск, який мерехтить, коли газ падає до чорної діри.

«Якщо ЧДСМ поглинає зорю, скільки часу потрібно, щоб проковтнути газ зорі? У 2009 році HLX-1 був досить яскравим. Потім у 2012 році він був приблизно у 100 разів яскравішим. А потім знову потьмянів», — сказав співавтор дослідження Роберто Сорія з Італійського національного інституту астрофізики (INAF). «Тож тепер нам потрібно почекати й подивитися, чи вона спалахує кілька разів, чи був початок, був пік, а тепер вона просто буде тьмяніти, поки не зникне».

ЧДСМ знаходиться на околиці галактики-господаря NGC 6099, приблизно в 40 000 світлових років від центру галактики. Імовірно, в центрі галактики знаходиться надмасивна чорна діра, яка в цей час перебуває в спокої та не поглинає зірок.

Команда підкреслює, що дослідження ЧДСМ може розкрити, як взагалі утворюються більші надмасивні чорні діри. Існує дві альтернативні теорії. Одна з них полягає в тому, що ЧДСМ є зародками для утворення ще більших чорних дір шляхом злиття, оскільки великі галактики ростуть, поглинаючи менші галактики. Чорна діра в центрі галактики також росте під час цих злиттів. Спостереження телескопа «Габбл» виявили пропорційну залежність: чим масивніша галактика, тим більша чорна діра. Згідно з новим відкриттям, галактики можуть мати «супутникові ЧДСМ», які обертаються в гало галактики, але не завжди падають до центру.

Інша теорія полягає в тому, що газові хмари в центрі гало темної матерії в ранньому Всесвіті спочатку не утворюють зірок, а просто колапсують безпосередньо в надмасивну чорну діру. Відкриття космічним телескопом Джеймса Вебба дуже віддалених чорних дір, які є непропорційно масивнішими порівняно з їхніми галактиками-господарями, схиляється на користь цієї ідеї.

Однак може існувати спостережувальна похибка щодо виявлення надзвичайно масивних чорних дір у далекому Всесвіті, оскільки ті, що мають менший розмір, є занадто тьмяними, щоб їх можна було побачити. Насправді у динамічному Всесвіті може існувати більша різноманітність у тому, як утворюються чорні діри. Надмасивні чорні діри, що колапсують всередині гало темної матерії, можуть просто рости по-іншому, ніж ті, що знаходяться в карликових галактиках, де акреція чорних дір може бути переважним механізмом росту.

«Тож, якщо нам пощастить, ми знайдемо більше чорних дір у вільному плаванні, які раптово стають яскравими в рентгенівському випромінюванні через припливне руйнування. Якщо ми зможемо провести статистичне дослідження, це дасть нам інформацію про те, скільки таких ЧДСМ існує, як часто вони руйнують зорі, як більші галактики зростають, об′єднуючи менші галактики», — сказав Сорія.

Проблема полягає в тому, що "Чандра" та XMM-Newton спостерігають лише невелику частину неба, тому вони не часто виявляють нові припливні руйнування, під час яких чорні діри поглинають зорі. Обсерваторія Вери Рубін у Чилі, телескоп для спостереження всього неба, що належить Національному науковому фонду та Міністерству енергетики США, може виявляти ці події в оптичному світлі на відстані сотень мільйонів світлових років. Подальші спостереження за допомогою телескопів «Габбл» і «Вебб» можуть виявити зоряне скупчення навколо чорної діри.

• Чорні діри