Ученые впервые обнаружили изолированную черную дыру

Новое исследование показало, что астрономы, возможно, впервые обнаружили и измерили массу изолированной черной дыры звездной массы.

Когда гигантские звезды, масса которых более чем в 20 раз превышает свою массу, обычно умирают в результате катастрофических взрывов, известных как сверхновые звезды , и ожидается, что их плотные ядра коллапсируют, превращаясь в черные дыры.

одинокая черная дыра в космосе
На этой иллюстрации НАСА изображена одинокая черная дыра в космосе, гравитация которой искажает вид звезд и галактик на заднем плане. Изображение: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА; SA/Gaia/DPAC

100 миллионов черных дыр

По оценкам ученых, звезды, достаточно большие, чтобы создавать черные дыры, составляют примерно одну из тысячи звезд, что позволяет предположить, что в Млечном Пути должно быть около 100 миллионов черных дыр звездной массы. Так считает ведущий автор исследования Кайлаш Саху, астрофизик из Научного института космического телескопа в Балтиморе. Имеются ввиду черные дыры звездной массы, которые всего лишь в несколько раз превышают массу Солнца , в отличие от сверхмассивных черных дыр, которые имеют триллионы солнечных масс.

До сих пор все обнаруженные на сегодняшний день черные дыры звездной массы существовали в двойных системах с такими партнерами, как нейтронные звезды . Напротив, большинство черных дыр звездной массы Млечного Пути должны быть одиночными, говорит Саху.

Однако, по его словам, никто никогда не мог найти изолированную черную дыру. Ведь черные дыры поглощают любой падающий на них свет, что затрудняет их обнаружение в темноте космоса. Черные дыры легче обнаружить в двойных системах, потому что их взаимодействие со своими партнерами может генерировать световые или гравитационные волны, свойства которых сигнализируют о присутствии черной дыры. Напротив, у изолированных черных дыр нет таких партнеров, которые помогли бы раскрыть их существование.

Изолированная черная дыра

Теперь с помощью космического телескопа Хаббла НАСА ученые обнаружили изолированную черную дыру звездной массы примерно в 5150 световых годах от Земли, в направлении выпуклости в центре Млечного Пути.

«Теперь мы знаем, что существуют изолированные черные дыры, — сказал Саху. – И у них есть массы, подобные черным дырам, найденным в двойных системах. И их там должно быть много».

Ключом к этому открытию является то, как мощные гравитационные поля, например поля, принадлежащие черным дырам, искажают ткань пространства и времени. Таким образом, они могут действовать как увеличительные стекла, явление, известное как « гравитационное линзирование ».

«Если можно обнаружить и измерить искривление света, вызванное этими массивными объектами, можно обнаружить их и измерить их массы», — сказал Саху.

Гравитационное линзирование

По словам Саху, ряд программ наземных исследований отслеживают миллионы звезд каждую ночь, чтобы обнаружить события гравитационного линзирования, когда звезда медленно становится ярче и тускнеет в течение нескольких дней или месяцев. Это явление микролинзирования вызвано находящимся внутри объектом, который может быть звездой, белым карликом, нейтронной звездой, черной дырой или чем-то еще. Программы исследования обычно обнаруживают около 2000 событий микролинзирования в год.

Чем больше масса объекта гравитационного линзирования, тем дольше получается просветление. Поскольку ожидается, что черная дыра будет массивной, ожидается, что событие микролинзирования будет иметь большую продолжительность.

«Кроме того, ожидается, что черная дыра будет темной, — объяснил Саху. – Поэтому мы используем эти два критерия в качестве наших основных — событие должно иметь большую продолжительность, а объектив не должен излучать никакого света».

Однако звезды малой массы, которые медленно движутся по небу, также могут выглядеть относительно темными и генерировать длительные события гравитационного линзирования. Одним из способов отличить изолированную черную дыру от звезды с малой массой является тот факт, что черная дыра будет отклонять свет от фоновых звезд достаточно, чтобы его можно было измерить с помощью Хаббла. Если наблюдения Хаббла показывают большое отклонение, но не свет от линзы, то это будет черная дыра.

Найденная черная дыра

Объединив наблюдения Хаббла с данными наземного телескопа, ученые обнаружили 270-дневное событие микролинзирования, названное MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, которое, по их словам, вероятно, произошло из изолированной черной дыры.

«Потребовалось два года планирования, а затем шесть лет наблюдений с помощью Хаббла, но было очень приятно увидеть невероятные результаты, — отметил ученый. – Сразу стало ясно как божий день, что это черная дыра, и не было ничего другого, что могло бы вызвать отклонения, которые мы измерили».

Исследователи подсчитали, что масса этой изолированной черной дыры примерно в 7,1 раза превышает массу Солнца. Они также обнаружили, что эта черная дыра движется со скоростью около 162 000 км/ч. Это предполагает, что эта черная дыра, возможно, получила толчок от взрыва сверхновой, который ее породил.

Недавно обнаружена сверхмассивная черная дыра в карликовой галактике

Дивіться огляди:

-->