Шукали одну, а знайшли концентрацію менших чорних дір

Астрономи виявили в серці кулястого кластера NGC 6397 дещо, чого вони не очікували: скупчення менших чорних дір, які ховалися там замість однієї масивної чорної діри.

Про це розповідають в НАСА.

Кулясті скупчення (кластери) — надзвичайно щільні зоряні системи, в яких містяться зірки, тісно упаковані між собою. Ці системи також, як правило, дуже старі — кулясте скупчення, що знаходиться в центрі уваги цього дослідження, NGC 6397, майже таке ж старе, як і сам Всесвіт. Воно розташоване на відстані 7800 світлових років, що робить його одним із найближчих кулястих скупчень до Землі. Завдяки своєму дуже щільному центру воно відоме як скупчення, що пройшло у своєму розвитку стадію “колапс ядра”.

Кількість маси, яку може упакувати чорна діра, варіюється в широких межах — від маси, що вдвічі перевищує масу нашого Сонця, до маси, що перевищує мільярд сонячних мас. Посередині між ними знаходяться чорні діри середньої маси, вагою приблизно від сотень до десятків тисяч сонячних мас. Отже, чорні діри бувають малими, середніми та великими. NASA, ESA, T. Brown, S. Casertano, and J. Anderson (STScI)

Спочатку астрономи вважали, що в кулястому скупченні знаходиться чорна діра середньої маси. Це довго шукана "відсутня ланка" між надмасивними чорними дірами (у багато мільйонів разів більші за масою від нашого Сонця), які лежать у ядрах галактик, і чорними дірами зоряної маси (у кілька разів більше маси нашого Сонця), які утворюються після колапсу однієї масивної зірки. Про їхнє існування гостро дискутують. На сьогодні було ідентифіковано лише кілька кандидатів.

“Ми знайшли дуже вагомі докази невидимої маси в щільному ядрі кульового скупчення, але з подивом виявили, що ця додаткова маса не є "точковою" (що можна було б очікувати для одиночної масивної чорної діри), а розширена до кількох відсотків від розміру скупчення”, - сказав Едуардо Вітраль з Паризького інституту астрофізики (IAP) у Парижі, Франція.

Щоб виявити невловиму приховану масу, Вітраль і Гері Мамон, також з IAP, використовували швидкості зірок у скупченні, щоб визначити розподіл його загальної маси, тобто маси у видимих зірках, а також у тьмяних зірках та чорних дірах. Чим більше маси в якомусь місці, тим швидше зірки рухаються навколо нього.

Дослідники використовували попередні оцінювання найдрібніших власних рухів зірок (їх видимих рухів на небі), які дозволяють визначити їх істинні швидкості в межах скупчення. Ці точні вимірювання зірок в ядрі скупчення могли бути проведені лише за допомогою космічного телескопа “Хаббл” за кілька років спостереженнь. Дані "Хаббла" були додані до добре відкаліброваних вимірювань власних рухів, наданих космічною обсерваторією Європейського космічного агентства "Гея", які є менш точними, ніж спостереження Хаббла в ядрі.

“Наш аналіз показав, що орбіти зірок близькі до випадкових у всьому кульовому скупченні, а не до систематично кругових або дуже витягнутих”, - пояснив Мамон. Ці орбіти у формі помірного подовження обмежують те, якою повинна бути внутрішня маса.

Дослідники дійшли до висновку, що невидимий компонент може бути створений лише із залишків масивних зірок (білі карлики, нейтронні зірки та чорні діри), враховуючи його масу, протяжність та розташування. Ці зоряні трупи поступово опускалися до центру скупчення після гравітаційних взаємодій з менш масивними зірками неподалік. Цю гру у зоряний пінбол називають "динамічним тертям", коли завдяки обміну імпульсом важчі зірки відокремлюються в ядрі скупчення, а зірки з меншою масою мігрують на периферію скупчення.

“Ми використали теорію зоряної еволюції, щоб зробити висновок, що більша частина виявленої нами додаткової маси була у вигляді чорних дір”, - сказав Мамон. Два інших нещодавні дослідження також припустили, що залишки зірок, зокрема, чорні діри зоряної маси, можуть заселяти внутрішні області кульових скупчень. “Наше дослідження є першим, що надає пояснення як масі, так і протяжності в тому, що у центрі кулястого скупчення з колапсом ядра знаходиться колекція переважно чорних дір”, - додав Вітраль.

Астрономи також зазначають, що це відкриття підвищує ймовірність того, що злиття цих щільно упакованих чорних дір у кулястих скупченнях може бути важливим джерелом гравітаційних хвиль, що створюють брижі у просторі-часі. Подібні явища можна було б виявити за допомогою експерименту в Лазерній інтерферометричній гравітаційно-хвильовій обсерваторії (LIGO), яка фінансується Національним науковим фондом і управляється Каліфорнійським технологічним інститутом в Пасадені та Массачусетським технологічним інститутом в Кембриджі.

Читайте ще цікаві новини про космос.