Искали одну, а нашли концентрацию меньших черных дыр

Астрономы обнаружили в сердце шарового кластера NGC 6397 нечто, чего они не ожидали: скопление меньших черных дыр, которые прятались там вместо одной массивной черной дыры.

Об этом рассказывают в НАСА.

Шаровые скопления (кластеры) — очень плотные звездные системы, в которых содержатся звезды, тесно упакованные между собой. Эти системы также, как правило, очень старые — шаровое скопление, находящееся в центре внимания данного исследования, NGC 6397, почти такое же старое, как и сама Вселенная. Оно расположено на расстоянии 7800 световых лет, что делает его одним из ближайших шаровых скоплений к Земле. Благодаря очень плотному центру оно известно как скопление, которое прошло в своем развитии стадию "коллапс ядра".

Количество массы, которую может упаковать черная дыра, варьируется в широких пределах - от массы вдвое превышающей массу нашего Солнца, до массы, превышающей миллиард солнечных масс. Посередине между ними находятся черные дыры средней массы, весом примерно от сотен до десятков тысяч солнечных масс. Итак, черные дыры бывают малыми, средними и большими. NASA, ESA, T. Brown, S. Casertano, and J. Anderson (STScI)

Сначала астрономы считали, что в шарообразном скоплении находится черная дыра средней массы. Это долго искомое "недостающее звено" между сверхмассивными черными дырами (во много миллионов раз больше по массе от нашего Солнца), которые лежат в ядрах галактик, и черными дырами звездной массы (в несколько раз больше массы нашего Солнца), которые образуются после коллапса одной массивной звезды. Об их существовании остро дискутируют. На сегодня было идентифицировано лишь несколько кандидатов.

"Мы нашли очень веские доказательства невидимой массы в плотном ядре шарового скопления, но с удивлением обнаружили, что эта дополнительная масса не является "точечной" (что можно было бы ожидать для одиночной массивной черной дыры), а расширена до нескольких процентов от размера скопления", - сказал Эдуардо Витрал из Парижского института астрофизики (IAP) в Париже, Франция.

Чтобы выявить неуловимую скрытую массу, Витрал и Гэри Мамон, также из IAP, использовали скорости звезд в скоплении, чтобы определить распределение его общей массы, то есть массы в видимых звездах, а также в тусклых звездах и черных дырах. Чем больше массы в каком-то месте, тем быстрее звезды движутся вокруг него.

Исследователи использовали предыдущие оценки мельчайших собственных движений звезд (их видимые движения на небе), которые позволяют определить их истинные скорости в пределах скопления. Эти точные измерения звезд в ядре скопления могли быть проведены только с помощью космического телескопа "Хаббл" за несколько лет наблюдений. Данные «Хаббла» были добавлены к хорошо откалиброванным измерениям собственных движений, предоставленных космической обсерваторией Европейского космического агентства "Гея", которые являются менее точными, чем наблюдения Хаббла в ядре.

"Наш анализ показал, что орбиты звезд близки к случайным во всем шаровом скоплении, а не к систематически круговым или очень вытянутым", - пояснил Мамон. Эти орбиты в форме умеренного удлинения ограничивают то, какой должна быть внутренняя масса.

Исследователи пришли к выводу, что невидимый компонент может быть создан только из остатков массивных звезд (белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры), учитывая его массу, протяженность и расположение. Эти звездные трупы постепенно опускались к центру скопления после гравитационных взаимодействий с менее массивными звездами неподалеку. Эту игру в звездный пинбол называют "динамическим трением", когда благодаря обмену импульсом тяжелее звезды отделяются в ядре скопления, а звезды с меньшей массой мигрируют на периферию скопления.

"Мы использовали теорию звездной эволюции, чтобы сделать вывод, что большая часть обнаруженной нами дополнительной массы была в виде черных дыр", - сказал Мамон. Два других недавних исследований также предположили, что остатки звезд, в частности, черные дыры звездной массы, могут заселять внутренние области шаровых скоплений. "Наше исследование является первым, которое предоставляет объяснение как массе, так и протяженности в том, что в центре шарообразного скопления с коллапсом ядра находится коллекция преимущественно черных дыр", - добавил Витрал.

Астрономы также отмечают, что это открытие повышает вероятность того, что слияние этих плотно упакованных черных дыр в шаровых скоплениях может быть важным источником гравитационных волн, которые создают рябь в пространстве-времени. Подобные явления можно было бы обнаружить с помощью эксперимента в лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), которая финансируется Национальным научным фондом и управляется Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене и Массачусетским технологическим институтом в Кембридже.

Читайте еще интересные новости о космосе.