Астрономы возможно обнаружили свободно плавающую по галактике “темную” черную дыру

Если, как считают астрономы, смерть больших звезд оставляет после себя черные дыры, их должно быть сотни миллионов, разбросанных по всей галактике Млечный Путь. Проблема в том, что изолированные черные дыры невидимы.

Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Беркли, передают OstanniPodii.com

Теперь астрономы впервые открыли то, что может быть свободно плавающей черной дырой. Они совершили открытие, наблюдая за увеличением яркости расположенной далее звезды, поскольку ее свет был искажён сильным гравитационным полем объекта - так называемое гравитационное микролинзирование.

Команда под руководством аспиранта Кейси Лем и доцента астрономии Джессики Лу из Калифорнийского университета в Беркли оценила массу невидимого компактного объекта в 1,6-4,4 раза больше массы Солнца. Поскольку астрономы считают, что остаток погибшей звезды должен быть тяжелее 2,2 солнечной массы, чтобы превратиться в черную дыру, исследователи предупреждают, что объект может быть не черной дырой, а нейтронной звездой. Нейтронные звезды также являются плотными, очень компактными объектами, но их гравитация уравновешивается внутренним давлением нейтронов, что предотвращает дальнейший коллапс в черную дыру.

Будь то черная дыра или нейтронная звезда, объект является первым темным звездным остатком – звездой-"призраком", обнаруженной во время ее блуждания галактикой без связи с другой звездой.

"Это первая свободно плавающая черная дыра или нейтронная звезда обнаружена с помощью гравитационного микролинзирования", - сказала Лу. "С помощью микролинзирования мы можем исследовать эти одинокие, компактные объекты и взвешивать их. Я думаю, что мы открыли новое окно к этим тёмным объектам, которые нельзя увидеть никаким другим способом".

Определение количества этих компактных объектов, населяющих галактику Млечный Путь, поможет астрономам понять эволюцию звезд - в частности, как они умирают - и эволюцию нашей галактики, и возможно это покажет, есть ли какие-то из невидимых черных дыр первичными черными дырами, которые на мнение некоторых космологов, были созданы в большом количестве во время Большого взрыва.

Анализ, проведённый командой, был принят к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters. Анализ включает в себя четыре других события микролинзирования, которые, по мнению команды, не были вызваны черной дырой, хотя два из них, вероятно, были вызваны белым карликом или нейтронной звездой. Команда также пришла к выводу, что возможная популяция черных дыр в галактике составляет 200 миллионов – примерно столько, сколько предполагало большинство теоретиков.

Одни и те же данные, разные выводы

Примечательно, что конкурирующая команда из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе проанализировала то же событие микролинзирования и утверждает, что масса компактного объекта ближе к 7,1 солнечной массы и, безусловно, является черной дырой. Статья, описывающая анализ, проведенный командой STScI под руководством Кайлаша Саху, была принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

Обе группы использовали одни и те же данные: фотометрические измерения яркости дальней звезды, свет которой искажался или "линзировался" сверхкомпактным объектом, и астрометрические измерения смещения положения дальней звезды на небе в результате гравитационного искажения линзирующим объектом. Фотометрические данные были получены из двух исследований микролинзирования: "Эксперимент оптического гравитационного линзирования" (OGLE), в котором используется 1,3-метровый телескоп в Чили под управлением Варшавского университета, и эксперимента "Наблюдение микролинзирования в астрофизике" (MOA), использующего 1,8-метровый телескоп в Новой Зеландии под руководством Университета Осаки. Астрометрические данные были получены от космического телескопа "Хаббл". STScI управляет научной программой телескопа и проводит его научные операции.

Поскольку оба исследования микролинзирования поймали один и тот же объект, он имеет два названия: MOA-2011-BLG-191 и OGLE-2011-BLG-0462 (сокращенно OB110462).

Хотя подобные наблюдения ежегодно обнаруживают в галактике Млечный Путь около 2 000 звезд, ставших ярче вследствие микролинзирования, само добавление астрометрических данных позволило двум командам определить массу компактного объекта и его расстояние от Земли. По оценкам группы под руководством Калифорнийского университета, он находится на расстоянии от 2280 до 6260 световых лет (700-1920 парсек) в направлении центра галактики Млечный Путь и вблизи большой выпуклости, окружающей центральную массивную черную дыру галактики.

По оценкам группы STScI, он находится на расстоянии около 5153 световых лет (1580 парсек).

В поисках иголки в стоге сена

Лу и Лем впервые заинтересовались этим объектом в 2020 году после того, как команда STScI пришла к выводу, что пять событий микролинзирования, наблюдаемые "Хабблом", все из которых длились более 100 дней и, следовательно, могли быть черными дырами, могут быть вызваны не компактными объектами.

Новости по подобной теме:

		В нашей галактике найдена самая массивная черная дыра звездной массы
		Астрономы обнаружили крошечную черную дыру, неоднократно пробивающую газовый диск более крупной черной дыры
		Сверхмассивные черные дыры ненадолго просыпаются из глубокого сна благодаря измельченным ими звездам

Лу, занимающаяся поиском свободно плавающих черных дыр с 2008 года, считает, что полученные данные помогут ей лучше оценить их количество в галактике, которое по приблизительным оценкам, составляет от 10 миллионов до 1 миллиарда. До сих пор черные дыры звездного размера были обнаружены только в составе бинарных звездных систем. Черные дыры в бинарных системах можно увидеть либо в рентгеновском излучении, которое образуется, когда материал звезды падает на черную дыру, либо с помощью новейших детекторов гравитационных волн, чувствительных к слиянию двух или более черных дыр. Но такие события случаются редко.

"Мы с Кэйси увидели данные и очень заинтересовались. Мы сказали: Ух ты, никаких черных дыр. Это удивительно, хотя они должны быть", - рассказывает Лу. "И вот мы начали изучать данные. Если бы в данных действительно не было черных дыр, то это не соответствовало бы нашей модели о том, сколько черных дыр должно быть в Млечном Пути. Что-то должно было измениться в нашем понимании черных дыр – или их количество, или скорость движения, или их масса".

Когда Лем проанализировала фотометрию и астрометрию пяти событий микролинзирования, она была удивлена ​​тем, что одно из них, OB110462, имело характеристики компактного объекта: объект линзирования казался темным, а значит, не звездой; звездное увеличение яркости длилось долго, почти 300 дней; искажение положения фоновой звезды также было длительным.

Продолжительность события линзирования была главной наводкой, сказала Лем. В 2020 году она показала, что лучший способ поиска черных дыр-микролинз – это поиск очень длительных событий. По ее словам, только 1% способных к обнаружению событий микролинзирования, скорее всего, исходят из черных дыр, поэтому поиск всех событий будет похож на поиск иголки в стоге сена. Но, по расчетам Лем, около 40% событий микролинзирования, которые длятся более 120 дней, вероятнее всего, являются черными дырами.

"То, как долго длится событие увеличения яркости, говорит о том, насколько массивна линза переднего плана, которая сгибает свет фоновой звезды", - сказала Лем. "Длительные события более вероятны из-за черных дыр. Однако это не гарантия, поскольку продолжительность эпизода увеличения яркости зависит не только от того, насколько массивна линза переднего плана, но и от того, насколько быстро линза переднего плана и фоновая звезда двигаются относительно друг друга. Однако, получив также измерение видимого положения фоновой звезды, мы сможем подтвердить, действительно ли линза переднего плана является черной дырой".

По словам Лу, гравитационное влияние OB110462 на свет фоновой звезды было удивительно длительным. Потребовалось примерно один год, чтобы звезда стала ярче своего пика в 2011 году, а затем около года, чтобы потускнеть до нормального уровня.

Дополнительные данные позволят отличить черную дыру от нейтронной звезды

Чтобы подтвердить, что OB110462 была вызвана сверхкомпактным объектом, Лу и Лем запросили дополнительные астрометрические данные у Хаббла, часть которых поступила в октябре прошлого года. Эти новые данные показали, что изменение положения звезды в результате воздействия гравитационного поля линзы все еще можно наблюдать спустя 10 лет после происшествия. Последующие наблюдения Хаббла за микролинзой предварительно запланированы на осень 2022 года.

Анализ новых данных подтвердил, что OB110462, скорее всего, является черной дырой или нейтронной звездой.

Лу и Лем подозревают, что разные выводы двух групп связаны с тем, что астрометрические и фотометрические данные дают разные оценки относительно движения объекта переднего плана и фонового объекта. Астрометрический анализ также различается между двумя командами. Команда под руководством Калифорнийского университета утверждает, что пока невозможно определить, является объект черной дырой или нейтронной звездой, но они надеются устранить это несоответствие с помощью большего количества данных Хаббла и улучшенного анализа в будущем.

"Как бы нам ни хотелось сказать, что это однозначно черная дыра, мы должны сообщить обо всех допустимых решениях. Сюда входят и черные дыры меньшей массы, и, возможно, даже нейтронная звезда", - сказала Лу.

"Если вы не можете поверить кривой блеска, яркости, то это говорит о чем-то важном. Если вы не верите соотношению положения и времени, это говорит о чем-то важном", – говорит Лем. "Поэтому, если что-то из этого неправильно, мы должны понять почему. Или другой вариант: то, что мы измеряем в обоих наборах данных, верно, но наша модель неверна. Данные фотометрии и астрометрии являются результатом того же физического процесса, что означает, что яркость и положение должны соответствовать друг другу. Значит, там чего-то не хватает".

Обе команды также оценили скорость сверхкомпактного объекта линзирования. Команда Лу/Лэм обнаружила относительно спокойную скорость менее чем 30 км/с. Команда STScI обнаружила необычайно большую скорость, 45 км/с, которую она интерпретировала как результат дополнительного толчка, который предполагаемая черная дыра получила от породившей ее сверхновой.

Лу интерпретирует низкую скорость, полученную ее командой, как потенциальную поддержку новой теории, согласно которой черные дыры не являются результатом сверхновых, как принято считать сегодня, а произошли от неудавшихся сверхновых, которые не повлекли за собой яркого всплеска во Вселенной и не дали толчка образовавшейся черной дыре.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Черные дыры