Словно старый свитер, Млечный Путь должен быть пронизан черными дырами.
Согласно лучшим оценкам, число дрейфующих по галактике черных дыр с массой, сопоставимой с солнечной, варьируется от 10 млн. до 1 млрд. Однако есть один нюанс, когда дело доходит до их подсчета : если черным дырам не удастся поймать какой-нибудь проходящий материал в своем гравитационном поле, то они остаются практически невидимыми.
Однако невидимый не означает незаметный. Впервые международной группе ученых удалось обнаружить одинокую спящую черную дыру на расстоянии менее 5 200 световых лет от нас. Их открытие, еще не прошедшее рецензирование, было загружено на сервер препринтов arXiv.
Как они это делают ? Что ж, поскольку в настоящее время у нас нет (и, возможно, никогда не будет) инструментов для непосредственного исследования черной дыры, мы должны наблюдать ее влияние на пространство вокруг нее. Для черной дыры этот эффект является гравитационным. А поскольку гравитационное поле черной дыры очень сильное, оно искажает и сгибает свет, который проходит через нее.
Итак, когда что-то невидимое увеличивает свет далекой звезды, сделав его необычно ярким, астрономы понимают, что, вероятно, существует гравитационное поле, через которое этот свет проходит. Это явление называется гравитационным микролинзированием, и астрономы используют его для идентификации небольших тусклых объектов, которые в противном случае было бы слишком трудно обнаружить телескопам. Но одинокую черную дыру ученые наблюдает впервые.
«Мы сообщаем о первом однозначном обнаружении и измерении массы изолированной черной дыры звездной массы», — написала группа астрономов во главе с Кайлашем Саху из Space Telescope Science Institute.
«Мы показываем, что линза не излучает заметного света, что, наряду с массой, превышающей возможную для белого карлика или нейтронной звезды, подтверждает ее природу черной дыры».
Гравитационное микролинзирование возникает, когда объект с гравитационным полем проходит почти точно перед далекой звездой.
Это гравитационное поле вызывает искривление пространства-времени; когда свет проходит через гравитационное поле, он следует этой кривизне, в результате чего его путь эффективно «изгибается». Это увеличивает свет, а также очень немного смещает видимое положение далекой звезды.
Предыдущие события микролинзирования привели к обнаружению экзопланет и звезд, являющимися слишком тусклыми, чтобы их можно было увидеть. Эксперименты, установленные для наблюдения за небом, ежегодно обнаруживают тысячи событий микролинзирования; большинство из них — звезды, движущиеся перед другими звездами, что неудивительно, учитывая, сколько там звезд.
2 июня 2011 года два отдельных исследования микролинзирования — Эксперимент с оптическим гравитационным линзированием (OGLE) и Наблюдения за микролинзированием в астрофизике (MOA) — независимо зафиксировали событие, пик которого пришелся на 20 июля.
Это событие, получившее название MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (сокращенно MOA-11-191/OGLE-11-0462), было примечательным. Оно было не только необычно длинным, около 270 дней, но и показало необычно большое увеличение. Поскольку события с большим увеличением чувствительны к возмущениям, которые можно увидеть с планеты, вращающейся вокруг линзирующего объекта, ученые объединились, чтобы провести последующие наблюдения и провести исследования.
Наблюдения за регионом проводились восемь раз с использованием космического телескопа Хаббл вплоть до 2017 года. Вооружившись этими данными, Саху и его команда начали обрабатывать числа и обнаружили, что данные лучше всего соответствуют черной дыре, а не звезде.
Фактически, они даже смогли провести измерения черной дыры. Изменения, наблюдаемые в свете далекой звезды, позволили команде рассчитать ее массу и движение. Они обнаружили, что черная дыра имеет массу примерно в 7,1 раза больше массы Солнца. Это сделало бы его горизонт событий всего 42 километра (26 миль) в поперечнике.
Найдите минутку, чтобы удивиться этому. Ученые смогли обнаружить невидимый объект менее чем в десятую часть длины Гранд-Каньона на расстоянии более 5000 световых лет, изучая меняющийся свет более далекой звезды. Это чертовски круто.
А вот тут еще круче. Команда подсчитала, как быстро этот объект движется через Млечный Путь : 45 километров (28 миль) в секунду. Это делает ее не просто старой черной дырой, а черной дырой-изгоем.
Вероятно, она была выброшена в космос, когда её звезда-предшественница взорвалась сверхновой. Если такой взрыв будет неравномерным, то он может отбросить схлопнувшееся ядро звезды в космос — феномен, который ученые называют родовым ударом. Такое наблюдалось раньше : два примера — белый карлик LP 40-365 и пульсар PSR J0002+6216.
Исследование, проведенное в 2019 году, показало, что вокруг Млечного Пути могут быть миллионы черных дыр, созданных при рождении. Было бы невероятно круто, если бы МОА-11-191/ОГЛЭ-11-0462 оказался в их числе.
Возможно, объект дрейфует в области космоса с высокой плотностью. Исследователи заявили, что будущая работа может включать использование чувствительных рентгеновских телескопов, чтобы определить, аккрецирует ли предполагаемая черная дыра какой-либо материал из межзвездной среды вокруг нее.
Кроме того, будущие инструменты смогут обнаруживать еще больше изолированных черных дыр звездной массы. Как только популяция будет обнаружена и изучена, мы сможем использовать эти данные, чтобы узнать больше о MOA-11-191/OGLE-11-0462 и черных дырах, населяющих Млечный Путь в целом.
Исследование команды было представлено в The Astrophysical Journal и доступно на arXiv.
Статья была переведена с английского языка с сайта ScienceAlert!
