Примерно в пяти тысячах световых лет от Земли в созвездии Стрелка ученые заметили черную дыру, свободно блуждающую по галактике. Объект был замечен благодаря явлению гравитационного микролинзирования.
Международная группа ученых подтвердила, что гравитационное микролинзирование, наблюдавшееся в 2011 году, было вызвано присутствием одинокой черной дыры, блуждающей в межзвездном пространстве. Исследователи уже некоторое время предполагали, что в межзвездном пространстве вращается множество черных дыр, но до сих пор ни одна из них не была обнаружена.
Это объясняется самой природой черных дыр. Эти объекты трудно наблюдать, за исключением тех случаев, когда они поглощают материю, поскольку черные дыры настолько массивны, что даже свет не может противостоять их гравитационной хватке. И все же мы способны определять местонахождение таких объектов, как показали недавние открытия.
Описание исследования было представлено для публикации в журнале The Astrophysical Journal. С ней также можно ознакомиться в базе данных препринтов arXiv.
Черные дыры
Черные дыры не испускают и не отражают электромагнитное излучение. За исключением случаев, когда эти объекты поглощают окружающую материю и прекрасно видны, астрономы делают вывод об их присутствии по гравитационным эффектам, оказываемым на их окружение, то есть по поведению звезд и материи в непосредственной близости от них.
Черные дыры настолько массивны, что когда они достигают определенной точки (горизонта событий), скорость убегания, то есть скорость, необходимая для выхода из гравитационного поля объекта, превышает скорость света в вакууме, и даже свет не может покинуть эту область.
Эти объекты образуются в результате гибели звезды. Когда массивные солнца подходят к концу своей жизни, они взрываются в сверхновые, разрушаются под действием собственной гравитации и оставляют после себя черные дыры. И поскольку наблюдалось множество сверхновых, кажется очевидным, что в результате должно было образоваться множество черных дыр.
Гравитационное микролинзирование
Однако найти такую черную дыру не так-то просто. Для этого ученые искали эффект гравитационного линзирования. Гравитация искривляет пространство-время. Чем плотнее объект, тем сильнее его гравитационная сила, а когда объект настолько плотный, как черная дыра, искривление настолько невероятно, что он действует как линза, увеличивая и искажая фоновый источник света позади него. Явление микролинзирования происходит, когда свет от далекого источника изгибается под воздействием более близкого объекта, называемого линзой. Масса линзы искривляет пространство вокруг нее, что приводит к отклонению лучей света, в результате чего источник становится ярче.
Другими словами, гравитационное микролинзирование происходит, когда гравитация объектов изгибает и усиливает свет от более отдаленных звезд, когда источник излучения, линзирующий объект и наблюдатель на Земле находятся на одной линии. Если линза — звезда, то яркость длится от нескольких дней до ста дней, а если линза — планета, то от нескольких часов до нескольких дней.
Явление гравитационного микролинзирования уже использовалось для идентификации небольших, слабых объектов, таких как свободно плавающие планеты, которые в противном случае было бы слишком сложно увидеть с помощью наших телескопов. Но это первый случай обнаружения одинокой черной дыры с помощью микролинзирования.
Блуждающая черная дыра
В 2011 году две группы астрономов заметили звезду, которая, казалось, становилась ярче без видимой причины. Заинтригованные этим открытием, они начали анализировать данные телескопа «Хаббл». В течение шести лет ученые наблюдали за тем, как меняется свет звезды. Затем они обнаружили еще кое-что — оказалось, что положение звезды меняется.
Само явление микролинзирования было необычайно долгим — оно продолжалось 270 дней. Он также показал необычно высокое увеличение. По мнению исследователей, лучше всего под эти данные подходит черная дыра. Наблюдаемое изменение может быть вызвано только гравитационным влиянием невидимого объекта, который нарушает путь света, а поскольку гравитационное поле черной дыры экстремально, оно искривляет и извращает любой свет, который проходит рядом.
«Мы сообщаем о первом однозначном обнаружении и измерении черной дыры звездной массы. Мы показали, что линза не излучает различимого света, что вместе с массой, превышающей возможную для белого карлика или нейтронной звезды, подтверждает ее природу черной дыры», — пишет команда астрономов под руководством Кайлаша Саху из Научного института космического телескопа.
Помимо идентификации объекта, ученые даже смогли провести некоторые измерения. Они определили, что черная дыра имеет массу около 7,1 солнечных масс. Исследователи также подсчитали, что черная дыра движется со скоростью 45 километров в секунду.
Ученые считают, что эта черная дыра была выброшена из своей родительской системы в результате мощного взрыва сверхновой. Непостоянная сила взрыва может выбросить ядро разрушившейся звезды в космос. Подобные объекты, выбрасываемые из их систем, уже наблюдались, и, по мнению ученых, их могут быть миллионы.
