Відсутність масивних чорних дір у даних від телескопів викликано упередженістю

Наші телескопи ніколи не виявляли чорних дір, маса яких у 20 разів перевищує масу Сонця. Однак, тепер ми знаємо про їх існування, оскільки нещодавно було «почуто» злиття десятків таких чорних дір за допомогою гравітаційно-хвильового випромінювання. Команда астрономів виявила, що ці, здавалося б, суперечливі результати можна пояснити упередженнями щодо масивних чорних дір при звичайних спостереженнях за допомогою телескопів.

Про це розповідають у Нідерландському інституті космічних досліджень (SRON). Дослідження було опубліковано у “The Astrophysical Journal”.

У 2015 році обладнання LIGO вперше виявило гравітаційні хвилі. Їх випромінювали дві масивні чорні діри масою у кілька десятків Сонць в процесі свого злиття. Це відкриття сколихнуло Всесвіт, а також астрономічна спільнот, оскільки мало хто з астрономів передбачав, що такі масивні чорні діри будуть існувати, не кажучи вже про те, що вони можуть зливатися. До виявлення гравітаційних хвиль наші звичайні телескопи знайшли докази існування чорних дір зоряної маси приблизно у 20 випадках. Однак ніколи не було знайдено жодної такої масивної, як ті, які зараз спостерігаються завдяки гравітаційно-хвильовому випромінюванню, що випускається під час їхнього злиття. На цей час виявлено близько 50 таких пар чорних дір, що зливаються, в тому числі за допомогою європейського детектора Virgo, знову ж таки, у більшості випадків, це масивні чорні діри. Телескопи досі не знайшли таких чорних дір.

Цю невідповідність можна частково пояснити більшим об’ємом Всесвіту, який досліджують детекторами гравітаційних хвиль. LIGO-Virgo може знайти такі масивніші чорні діри легше, тому що їх хвилі сильніші у порівнянні з хвилями від менш масивних чорних дір, що означає, що це можуть бути рідкісні, але гучні події. Але чому нуль виявлених таких чорних дір за допомогою телескопів?

Чорні діри або, принаймні, їх близьке оточення загоряються, коли вони повільно пожирають зорю-компаньйона. За допомогою вимірювань орбітального руху нещасної зірки можна визначити масу чорної діри.

Команда астрономів під керівництвом Пітера Йонкера (SRON/Університет Радбуда) зрозуміла, що спостереження за допомогою телескопів упереджені щодо виявлення масивних чорних дір. Такі масивні чорні діри, в принципі, можна спостерігати, якщо вони споживають масу зорі-компаньйона. Однак на практиці умови для цих спостережень були занадто складними, що пояснює відсутність виявлення масивних чорних дір за допомогою спостережень телескопами.

Найбільші чорні діри утворюються внаслідок імплозії масивних зірок, а не в результаті їх вибуху («наднових»). Ці масивні чорні діри, що утворені в результаті імплозії, залишаються на тому ж місці, де народилася їх попередниця (масивна зоря), на площині галактики Чумацький Шлях. Однак це означає, що вони залишаються оповиті пилом і газом. Їхні легші сестри та брати — чорні діри, народжені з масивних зірок у результаті вибухів наднових, зазнають поштовх, який викидає їх з площини Чумацького Шляху, що робить їх доступнішими для спостережень для наших телескопів, які вимірюють їх масу.

Погіршує цю упередженість, як усвідомили Йонкер та його колеги, те, що будь-яка зоря-компаньйон масивної чорної діри повинна обертатися на відносно великій відстані, що робить більш рідкою ситуацію, коли зоря-компаньйон поглинається у спостережуваному божевіллі. Саме такі епізоди викривають існування та розташування чорних дір. Таким чином, більш масивні чорні діри рідше видаватимуть своє місце розташування.

Неминучий запуск космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) 18 грудня цього року дозволить астрономам перевірити ці ідеї. JWST вперше дозволить виміряти масу кількох систем-кандидатів на чорні діри в площині Чумацького Шляху. JWST буде чутливим до інфрачервоного світла, і на таке світло впливає пил і газ набагато менше, ніж на оптичне, яке зазвичай використовується наземними телескопами. Крім того, великий розмір JWST та його вигідне положення в космосі дозволять йому вибрати потрібну зорю для дослідження серед мільйонів зірок у площині Чумацького Шляху. Нарешті, перебуваючи над атмосферою Землі, JWST не буде зазнавати перешкод інфрачервоному випромінюванню від атмосфери.

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