Космический телескоп «Хаббл» обнаружил ближайшую к Земле чёрную дыру

С помощью космического телескопа «Хаббл» астрономы обнаружили самую близкую к Земле массивную (то есть средних размеров) чёрную дыру из всех известных.


Космический объект может служить недостающим, средним звеном в понимании связи между чёрными дырами двух крайних величин: со звёздной массой и сверхмассивными. Открытая чёрная дыра, вероятно, имеет массу примерно в 8 200 раз больше, чем у Солнца. И это делает её значительно массивнее, чем чёрные дыры звёздной массы, которые «всего лишь» в 5–100 раз превышают массу Солнца. И в то же время открытие телескопа куда меньше, чем сверхмассивные чёрные дыры, масса которых в миллионы и даже в миллиарды раз превышают массу Солнца.

Ближайшая чёрная дыра наименьшей, звёздной массы, обнаруженная астрономами, называется Gaia-BH1, и она находится в 1560 световых годах от нас. А предмет этой публикации — недавно обнаруженная чёрная дыра средней массы — находится в пределах скопления из примерно 10 млн звёзд под названием Омега Центавра, и это приблизительно в 18 тыс. световых лет от Земли. На заглавной иллюстрации — увеличенные изображения звёздного скопления Омега Центавра. На правой части «триптиха» — предполагаемое местоположение промежуточной чёрной дыры.

Интересно, что открытая чёрная дыра, похоже, приостановила свой рост, она как бы «заморожена». И это подтверждает идею о том, что Омега Центавра — это остатки древней галактики, которую поглотила наша собственная!

Такая логика наводит на мысль, что Омега Центавра на самом деле является ядром небольшой отдельной галактики, эволюция которой прервалась, когда её поглотил Млечный Путь. Если бы этого события никогда не произошло, то промежуточная чёрная дыра, возможно, выросла бы до максимального состояния. И тогда она уподобилась бы сверхмассивной чёрной дыре Млечного Пути, названной Стрелец A* («Стрелец А со звёздочкой» согласно русскому наименованию и Sagittarius A*, Sgr A* в международной терминологии). Масса Sgr A*, представленной на второй иллюстрации, в 4,3 млн раз превышает массу Солнца. И расположен этот невообразимый космический объект в 27 тыс. световых лет от Земли.



Учёным уже давно известно, что не все чёрные дыры возникли одинаковым образом. Так, чёрные дыры звёздной массы (наименьшего типа) образуются в результате коллапса звёзд, масса которых по меньшей мере в 8 раз превышает массу Солнца. Но сверхмассивные чёрные дыры должны иметь другое происхождение. Обосновывают это тем, что ни одна звезда не является достаточно массивной для схлопывания таким образом, чтобы оставить после себя остатки, в миллионы раз массивнее Солнца.

Следовательно, учёные предполагают, что сверхмассивные чёрные дыры рождаются и растут в результате череды слияний всё более крупных чёрных дыр. Об этом свидетельствует обнаружение ряби в пространстве-времени, так называемых гравитационных волн, исходящих от слияний чёрных дыр.

Процесс слияния и роста чёрных дыр в сочетании с огромным разрывом в массе между чёрными дырами звёздной массы и сверхмассивными чёрными дырами означает, что должна существовать категория чёрных дыр среднего размера.

Тем не менее, многие из этих чёрных дыр средней массы, от нескольких сотен до нескольких тысяч масс Солнца, по-видимому, до сих по не обнаружены. Учёные объясняют это тем, что космические титаны среднего размера отмечены внешними границами, называемыми горизонтами событий.

Горизонт событий — это точка, в которой гравитационное влияние чёрной дыры становится настолько огромным, что даже свет недостаточно быстр, чтобы избежать его. Таким образом, чёрные дыры видимы только в том случае, если они либо окружены веществом, которым можно питаться и которое светится от нагрева, либо разрываются на части и питаются неудачливой звездой в результате «события приливного разрушения» (TDE). Так называют астрономическое явление, при котором звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры и разрывается на части приливными силами.

Промежуточные чёрные дыры, подобные Омеге Центавра, не окружены большим количеством вещества и не питаются им. Означает это, что астрономам приходится проявлять смекалку при поиске таких чёрных дыр. Учёные используют гравитационное воздействие, которое эти пустоты оказывают на материю, например, на звёзды, которые вращаются вокруг них, или, во втором случае, на проходящий через них свет. Астрономы, совершившие описываемое открытие, воспользовались первым методом.

Охота за промежуточной чёрной дырой началась в 2019 году, когда Надин Ноймайер из Института астрономии Макса Планка (MPIA) и Анил Сет из Университета Юты запустили исследовательский проект, посвящённый истории формирования Омеги Центавра.

В частности, исследователи с соавтором Максимилианом Хеберле, аспирантом MPIA, хотели найти быстро движущиеся звёзды в Омега Центавра. В случае удачи они доказали бы, что в звёздном скоплении есть массивная, плотная или компактная, чёрная дыра, играющая роль «центрального двигателя». Аналогичный метод, кстати, применили для определения массы и размера Sgr A* с использованием быстро движущихся звёзд в центре Млечного Пути.

Хеберле с коллегами проанализировали более 500 снимков этого звёздного скопления, сделанных «Хабблом», чтобы создать обширную базу данных о движении звёзд в Омега Центавра, измерив скорости около 1,4 миллиона светил. Этот постоянно повторяющийся снимок Омеги Центавра, который «Хаббл» делал в основном для калибровки своих приборов, был идеальным набором данных для нужд команды.

Поиск высокоскоростных звёзд и документирование их движения были поисками иголки в стоге сена. В конечном итоге учёные обнаружила не одну, а семь «иголок», и все они движутся с большой скоростью в сравнительно невеликой области в центре Омеги Центавра.

Высокая скорость этих звёзд вызвана сосредоточенной поблизости массой. Если бы команда обнаружила только одну быструю звезду, было бы невозможно определить, была ли её скорость результатом большой и близкой центральной массы. Либо, второй вариант, эта звезда является беглецом, то есть быстро движущимся по прямой траектории космическим телом без влияния какой-либо центральной массы.

Обнаружение и измерение различных скоростей и направлений семи звёзд позволило вычислить искомое. Измерения выявили централизованную массу, эквивалентную 8200 солнцам, в то время как визуальный осмотр исследуемой части космоса не выявил объектов, похожих на звёзды. Произошло именно то, чего следовало ожидать, если бы чёрная дыра находилась в области, которая, по определению научного коллектива, имеет ширину в «световые месяцы».

Тот факт, что наша галактика достаточно повзрослела, чтобы в её сердце выросла сверхмассивная чёрная дыра, означает, что она, вероятно, переросла стадию наличия множества собственных чёрных дыр средней массы. По словам учёных, эта дыра существует в Млечном Пути, потому что каннибализация её первоначальной галактики привела к подавлению её роста.

Хеберле подытожил, что теперь у астрономии есть подтверждение того, что Омега Центавра содержит чёрную дыру средней массы. И при расстоянии около 18 тыс. световых лет это ближайший известный пример массивной чёрной дыры.