Ученые возможно открыли новый класс черных дыр

Черные дыры являются важной частью понимания астрофизиками Вселенной - они настолько важны, что ученые пытались провести перепись всех черных дыр в Млечном Пути. Новое исследование показывает, что их поиски могли пропустить целый класс черных дыр, о которых они не догадывались.

В исследовании, опубликованном 31 октября в журнале Science, астрономы предлагают новый способ поиска черных дыр и показывают, что возможно существует класс черных дыр, меньших, чем самые маленькие из известных во Вселенной, рассказывают в Огайском государственном университете, США.

«Мы демонстрируем этот намек на то, что существует другая популяция, которую нам еще предстоит исследовать во время поисков черных дыр», - говорит Тодд Томпсон, профессор астрономии в указанном вузе и ведущий автор исследования. «Люди пытаются разобраться во взрывах сверхновых, как взрываются сверхмассивные черные звезды, как были образованы элементы в сверхмассивных звездах. Поэтому, если бы мы смогли обнаружить новую популяцию черных дыр, она рассказала бы нам больше о том, какие звезды взрываются, а какие нет; какие образуют черные дыры, а какие образуют нейтронные звезды. Это открывает новую область исследования.»

Представьте себе перепись города, при котором бы считались только люди ростом 180 сантиметров и выше - и представьте, что переписчики даже не знали, что существуют люди, меньше 180 см. Данные по этой переписи были бы неполными, что дало бы неточную картину населения. Это, по сути, то, что происходит в поисках черных дыр, отметил Томпсон.

Астрономы давно ищут черные дыры, гравитационное притяжение у которых настолько сильное, что ничего - ни материя, ни излучение - не может вырваться. Черные дыры образуются, когда некоторые звезды погибают, сжимаются в себя и взрываются. Астрономы также ищут нейтронные звезды - маленькие плотные звезды, которые образуются, когда некоторые звезды погибают и разрушаются.

Обе могут содержать интересную информацию об элементах на Земле и о том, как живут и умирают звезды. Но для того, чтобы раскрыть эту информацию, астрономы сначала должны выяснить, где находятся черные дыры. А чтобы разобраться, где черные дыры, они должны знать, что ищут.

Одна подсказка: черные дыры часто существуют в так называемых бинарных системах. Это просто означает, что две звезды достаточно близки друг к другу, чтобы быть замкнутыми гравитацией на взаимной орбите вокруг друг друга. Когда одна из этих звезд умирает, другая может остаться, все еще вращаясь вокруг пространства, где когда-то жила мертвая звезда, которая стала черной дырой или нейтронной звездой.

В течение многих лет черные дыры, о которых знали ученые, были примерно в 5 и 15 раз больше массы Солнца. Известные нейтронные звезды, как правило, не превышают 2,1 массы Солнца - если бы они имели массу в 2,5 превышающую солнечную, они бы коллапсировали в черную дыру.

Но летом 2017 обзор под названием LIGO - Лазерная интерферометровая гравитационно-волновая обсерватория - увидел две сливающиеся черные дыры в галактике на расстоянии примерно в 1,8 млн световых лет. Одна из этих черных дыр была массой примерно в 31 раз больше солнечной; другая - примерно в 25 раз превышала массу Солнца.

«Сразу же, все были "Вау", потому что это было настолько захватывающим, - говорит Томпсон. - Не только потому, что это доказало, что LIGO работает, а потому, что массы были огромными. Черные дыры такого размера очень важны - мы их раньше не видели (речь идет о черных дырах звездных масс, а не о сверхмассивных черных дырах, - ред.).»

Томпсон и другие астрофизики давно подозревали, что черные дыры могут быть размерами вне известного диапазона, и открытие LIGO показало, что черные дыры могут быть большими. Но между размерами крупнейших нейтронных звезд и самых маленьких черных дыр оставался промежуток.

Томпсон решил посмотреть, сможет ли он разгадать эту тайну.

Он и другие ученые начали прочесывать данные APOGEE (Эксперимент по галактической эволюции Обсерватории Апачи-Пойнт), который собрал спектры света примерно от 100 000 звезд по Млечному Пути. Томпсон понял, что спектры покажут, может ли звезда вращаться вокруг другого объекта: изменения в спектрах - например, смещение в сторону более синих длин волн, с последующим переходом к более красных длин волн - может показать, что звезда вращалась вокруг невидимого спутника.

Томпсон начал прочесывать данные в поисках звезд, которые показали это изменение, указывая на то, что они могут вращаться вокруг черной дыры.

Затем он сузил данные APOGEE до 200 звезд, которые могут быть интересными. Он передал данные научному сотруднику университета, Тхаринди Джасингхе, и тот собрал тысячи изображений каждой потенциальной бинарной системы с ASAS-SN (Автоматизированный обзор сверхновых во всем небе), который обнаружил около 1000 сверхновых.

Их перемалывание данных выявило огромную красную звезду, которая, очевидно, вращалась вокруг чего-то, но это что-то, по их расчетам, было гораздо меньше, чем известные черные дыры в Млечном Пути, но гораздо больше, чем большинство известных нейтронных звезд.

После дополнительных вычислений и дополнительных данных со спектрографа Echelle от Tillinghast и спутника Gaia они поняли, что нашли черную дыру низкой массы, вероятно, примерно в 3,3 раза больше массы Солнца.

«То, что мы сделали - это новый способ поиска черных дыр, но мы также потенциально определили одну из первых в новом классе черных дыр низкой массы, о которой астрономы ранее не знали. - говорит Томпсон. - Массы вещей говорят нам об их образовании и эволюции, и они рассказывают нам о своей природе.»

Читайте еще интересные новости о космосе.