Черные дыры — это массивные объекты, гравитационное притяжение которых поглощает все, что приближается к ним слишком близко. Ни материя, ни даже свет не могут избежать интенсивной гравитационной хватки черной дыры.
Поиск черных дыр, малых и больших, таких как сверхмассивные, которые находятся в центрах большинства галактик, включая нашу собственную, помогает исследователям понять, как устроена Вселенная, и создает представление о жизни и смерти звезд.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, астрономы представляют новый способ поиска черных дыр и указывают на существование класса черных дыр, меньших, чем самые маленькие известные черные дыры во Вселенной.
— Мы показываем, что существует другая популяция, которую мы еще не исследовали в поисках черных дыр», — сказал Тодд Томпсон, профессор астрономии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования. — Ученые пытаются понять взрывы сверхновых, как взрываются сверхмассивные звезды, как образуются элементы в сверхмассивных звездах. Таким образом, если бы удалось обнаружить новую популяцию черных дыр, это позволило бы нам больше узнать о том, какие звезды взрываются, а какие нет, какие образуют черные дыры, а какие — нейтронные звезды. Это открывает новую область исследований», — добавил он.
Черные дыры и нейтронные звезды
Черные дыры — это не что иное, как трупы массивных звезд, которые подверглись взрывной смерти и в конечном итоге разрушились сами по себе. Эти звездные взрывы могут создавать два различных типа объектов. Если исходная звезда достаточно массивна, то в результате взрыва образуется черная дыра, если же нет, то в результате взрыва образуется небольшой плотный объект, известный как нейтронная звезда.
Оба этих типа объектов могут содержать интересную информацию об элементах на Земле и о том, как живут и умирают звезды. Но чтобы обнаружить их, астрономы должны сначала выяснить, где находятся черные дыры. В свою очередь, чтобы выяснить, где находятся черные дыры, им необходимо знать, что они ищут.
Черные дыры довольно трудно обнаружить, за исключением тех случаев, когда они поглощают материю. Это объясняется тем, что они не излучают электромагнитное излучение. Возможно, они испускают излучение Хокинга, которое, если оно существует, мы не можем обнаружить. Такое излучение не было подтверждено наблюдательно.
Черные дыры невидимы для наших методов обнаружения, поскольку электромагнитное излучение не может достичь скорости убегания за горизонтом событий. И все же мы способны определять местонахождение таких объектов — на основе взаимодействия с окружающей материей и светом.
Разгадки в бинарных звездных системах
Известно, что черные дыры часто располагаются в бинарных системах. Такая система представляет собой две звезды, расположенные достаточно близко друг к другу, чтобы гравитационно притягиваться друг к другу и вращаться вокруг общего центра масс. Когда одна из этих звезд умирает, другая может выжить и по-прежнему вращаться по орбите в пространстве, где жила ее спутница, превратившись в черную дыру или нейтронную звезду.
Астрономы обычно ищут черные дыры в нашей собственной галактике, измеряя рентгеновское излучение, испускаемое черными дырами, поглощающими вещество близлежащих звезд. С другой стороны, в далеких галактиках ученые ищут гравитационные волны, возникающие при слиянии двух черных дыр или столкновениях нейтронных звезд.
Томпсон и его команда задались вопросом, могут ли существовать черные дыры относительно небольшой массы, которые не излучают характерных сигналов, испускаемых массивными черными дырами. Такие гипотетические черные дыры, вероятно, существуют в бинарных системах, упомянутых выше. Однако звезды должны были бы вращаться на достаточно большом расстоянии друг от друга, чтобы умерший спутник не съел слишком много своего соседа. Исследователи предположили, что эти маленькие черные дыры не будут испускать заметное рентгеновское излучение и поэтому останутся невидимыми для астрономов.
Черные дыры малой массы
— Мы почти уверены, что в бинарных системах должно быть много таких черных дыр, просто мы еще не нашли их, потому что это сложная задача», — признался Томпсон. Томпсон и его коллеги искали доказательства существования небольших черных дыр в бинарных системах. Они проанализировали данные эксперимента Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE), который содержит спектры более 100 000 звезд нашей галактики.
Информация из этого обзора показала меняющиеся спектры каждой такой звезды. Если ученые замечали какие-либо изменения — например, сдвиг в сторону синих длин волн или красное смещение — это могло означать, что конкретная звезда вращается вокруг невидимого спутника — черной дыры. После этого анализа исследователи изучили изменения в яркости подмножества звезд, которые могут находиться на орбите черных дыр, используя данные другого исследования, названного Всеохватывающим автоматическим обзором сверхновых звезд (ASAS-SN). Они искали звезды, которые становились то ярче, то тусклее, то краснели, то синели.
При этом ученые обнаружили темный объект, запертый в гравитационных тисках быстро вращающейся звезды. Объект находился на расстоянии около 10 000 световых лет от нас, в дальней части нашей галактики, недалеко от созвездия Пересмешника. По оценкам ученых, масса этого объекта примерно в 3,3 раза больше массы нашего Солнца. Данные показали, что объект слишком массивный, чтобы быть нейтронной звездой. С другой стороны, его масса слишком мала по сравнению с любой известной черной дырой.
— Этот темный, загадочный объект может быть самой массивной нейтронной звездой из когда-либо наблюдавшихся. Я был бы еще больше рад, если бы это было правдой. Но более чем вероятно, что объект представляет собой невиданную ранее черную дыру с относительно небольшой массой, пояснил Томпсон.
Если результаты исследования подтвердятся, существующие теории должны будут учитывать новый класс черных дыр, что заставит ученых переосмыслить, как рождаются и умирают звезды и другие типы небесных тел.
