Астрономы поймали черную дыру редкого типа за поглощением звезды

Вероятная черная дыра средней массы обнаружена благодаря излучению, образовавшемуся при поглощении звезды.

Это яркий источник рентгеновского излучения, названный NGC 6099 HLX-1, как полагают, находится в компактном звездном скоплении в гигантской эллиптической галактике, рассказывают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Уже через несколько лет после своего запуска в 1990 году телескоп «Хаббл» обнаружил, что галактики во всей Вселенной могут содержать в своих центрах сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Кроме того, галактики также содержат миллионы маленьких черных дыр, масса которых менее чем в 100 раз превышает массу Солнца. Они образуются, когда массивные звезды достигают конца своей жизни.

Гораздо труднее обнаружить черные дыры средней массы (ЧДСМ), масса которых составляет от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч масс нашего Солнца. Эта не слишком большая и не слишком маленькая категория черных дыр часто невидима для нас, поскольку ЧДСМ не поглощают столько газа и звезд, как сверхмассивные черные дыры, которые при этом образуют мощное излучение. Чтобы их обнаружить, нужно застать их за поиском пищи. Когда они время от времени поглощают несчастную звезду, пролетающую мимо них — в том, что астрономы называют приливным разрушением — они образуют мощный поток излучения.

Самая новая вероятная ЧДСМ, пойманная на «перекусе» в данных телескопа, расположена на окраине галактики NGC 6099, примерно в 40 000 световых лет от центра галактики, как описано в новом исследовании в Astrophysical Journal. Галактика находится примерно в 450 миллионах световых лет от нас в созвездии Геркулеса.

Астрономы впервые увидели необычный источник рентгеновского излучения на снимке, сделанном телескопом NASA «Чандра» в 2009 году. Затем они следили за его эволюцией с помощью космической обсерватории «XMM-Newton» Европейского космического агентства.

«Источники рентгеновского излучения с такой экстремальной яркостью редко встречаются за пределами ядер галактик и могут служить ключевым инструментом для обнаружения неуловимых ЧДСМ. Они являются важным недостающим звеном в эволюции черных дыр между звездной массой и сверхмассивными черными дырами», — сказал главный автор исследования И-Чи Чанг из Национального университета Цинхуа, Синьчу, Тайвань.

Рентгеновское излучение, поступающее от NGC 6099 HLX-1, имеет температуру 3 миллиона градусов, что соответствует явлению приливного разрушения. «Габбл» обнаружил следы небольшого скопления звезд вокруг черной дыры. Эта группа дала бы черной дыре много пищи, поскольку звезды расположены так близко друг к другу, что расстояние между ними составляет менее одного светового года.

Подозреваемая ЧДСМ достигла максимальной яркости в 2012 году, а затем продолжала тускнеть до 2023 года. Оптические и рентгеновские наблюдения за этот период не перекрываются, что затрудняет интерпретацию. Черная дыра могла разорвать захваченную звезду, создав плазменный диск, который демонстрирует изменчивость, или она могла сформировать диск, который мерцает, когда газ падает в черную дыру.

«Если ЧДСМ поглощает звезду, сколько времени нужно, чтобы проглотить газ звезды? В 2009 году HLX-1 был достаточно ярким. Затем в 2012 году он был примерно в 100 раз ярче. А потом снова померк», — сказал соавтор исследования Роберто Сория из Итальянского национального института астрофизики (INAF). «Так что теперь нам нужно подождать и посмотреть, вспыхивает ли она несколько раз, было ли начало, был ли пик, а теперь она просто будет тускнеть, пока не исчезнет».

ЧДСМ находится на окраине своей галактики NGC 6099, примерно в 40 000 световых лет от ее центра. Вероятно, в центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая в текущее время находится в покое и не поглощает звезды.

Команда подчеркивает, что исследование ЧДСМ может раскрыть, как вообще образуются более крупные сверхмассивные черные дыры. Существует две альтернативные теории. Одна из них заключается в том, что ЧДСМ являются зародышами для образования еще более крупных черных дыр путем слияния, поскольку крупные галактики растут, поглощая более мелкие галактики. Черная дыра в центре галактики также растет во время этих слияний. Наблюдения телескопа «Габбл» выявили пропорциональную зависимость: чем массивнее галактика, тем больше черная дыра. Согласно новому открытию, галактики могут иметь «спутниковые ЧДСМ», которые вращаются в гало галактики, но не всегда падают к центру.

Другая теория заключается в том, что газовые облака в центре гало темной материи в ранней Вселенной сначала не образуют звезд, а просто коллапсируют непосредственно в сверхмассивную черную дыру. Открытие космическим телескопом Джеймса Уэбба очень удаленных черных дыр, которые непропорционально массивнее по сравнению с их галактиками-хозяевами, склоняется в пользу этой идеи.

Однако может существовать наблюдательная погрешность в обнаружении чрезвычайно массивных черных дыр в далекой Вселенной, поскольку те, которые имеют меньший размер, слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть. На самом деле в динамичной Вселенной может существовать большее разнообразие в том, как образуются черные дыры. Сверхмассивные черные дыры, коллапсирующие внутри гало темной материи, могут просто расти иначе, чем те, которые находятся в карликовых галактиках, где аккреция черных дыр может быть преобладающим механизмом роста.

«Поэтому, если нам повезет, мы найдем больше черных дыр в свободном плавании, которые внезапно становятся яркими в рентгеновском излучении из-за приливного разрушения. Если мы сможем провести статистическое исследование, это даст нам информацию о том, сколько таких ЧДСМ существует, как часто они разрушают звезды, как большие галактики растут, объединяя меньшие галактики», — сказал Сория.

Проблема заключается в том, что «Чандра» и XMM-Newton наблюдают лишь небольшую часть неба, поэтому они не часто обнаруживают новые приливные разрушения, во время которых черные дыры поглощают звезды. Обсерватория Веры Рубин в Чили, телескоп для наблюдения всего неба, принадлежащий Национальному научному фонду и Министерству энергетики США, может обнаруживать эти события в оптическом свете на расстоянии сотен миллионов световых лет. Дальнейшие наблюдения с помощью телескопов «Габбл» и «Уэбб» могут выявить звездное скопление вокруг черной дыры.

• Черные дыры