В нашей галактике нашли первую сверхлёгкую чёрную дыру

Наблюдения за одной из крупных звезд на окраинах Млечного Пути помогли ученым обнаружить рядом с ней невидимый спутник. Предположительно, это черная дыра с необычно низкой массой. Результаты наблюдений и их возможное значение для науки авторы описали в статье для научного журнала Science.

“Мы не только изобрели новую методику поиска черных дыр, но и открыли потенциально первого представителя нового класса черных дыр низкой массы, о существовании которых астрономы раньше не знали. Ее открытие расскажет нам многое о том, как устроены и возникают подобные объекты, а также то, как они эволюционируют”, – рассказал один из авторов работы Тодд Томпсон, астрофизик из Университета штата Огайо (США).

Наблюдения за вспышками сверхновых и черными дырами показывают, что между самыми тяжелыми пульсарами, вращающимися нейтронными звездами, и самыми легкими черными дырами существует своеобразный “провал”. Иными словами, светила “средней” массы почему-то крайне редко превращаются в черные дыры, и пока ученые не обнаружили ни одного подобного объекта в окружающей нас Вселенной.

Это заставило астрофизиков задуматься о том, существуют ли различия в том, как заканчивают жизнь крупные и средние звезды и как эти расхождения могут влиять на процесс формирования черных дыр и нейтронных звезд. Соответственно, открытие первой черной дыры или какого-то другого небесного тела внутри этого “провала” позволит ученым приступить к поискам ответов на эти вопросы.

Первые намеки на открытие подобного объекта были получены в конце сентября этого года. Гравитационные обсерватории LIGO и VIRGO “поймали” сигнал от слияния черной дыры необычно малой массы и более крупного объекта. Оно произошло на расстоянии 1,6 миллиарда световых лет от Земли, в одной из далеких и невидимых для нас галактик, которая расположена в созвездии Рака.

Проверяя работу новой методики поиска черных дыр и других “невидимых” компактных объектов,Томпсон и его коллеги нашли гораздо более близкий к нам объект такого типа, который в принципе смогут рассмотреть наземные и космические обсерватории нового поколения.

“Сирены” черных дыр

Идея астрономов опирается на одно простое соображение. Если черная дыра находится в космосе не одна, а в компании одной или большего числа звезд, то ее притяжение будет вызывать особые “качания” в спектре светила. Они будут возникать из-за того, что звезда и черная дыра не стоят на месте, а вращаются друг вокруг друга. Из-за этого светило будет периодически двигаться в сторону наблюдателей на Земле или удаляться от них.

Эти сближения и удаления будут сдвигать спектр свечения от звезды в “красную” или “синюю” сторону, подобно тому, как звук от сирены “скорой помощи” кажется пешеходу более высоким в тот момент, когда машина сближается с ним и становится более басовитым по мере ее удаления. Опираясь на эту идею, ученые проанализировали спектры около десяти тысяч звезд, за которыми наблюдали их коллеги в рамках проекта APOGEE, который нацелен на изучение эволюции Галактики.

Отобрав несколько сотен звезд, чей спектр периодически менялся “подозрительным” образом, астрономы сопоставили эти замеры с тем, как менялась яркость этих светил в инфракрасном диапазоне. Это позволило им определить размеры, массу и предполагаемую плотность невидимых или малозаметных спутников данных светил.

Их внимание привлекла звезда 2MASS J0521, которая расположена в созвездии Возничего на расстоянии в 12 тысяч световых лет от Земли. Яркость этого светила с окраин Галактики резко менялась каждые 88 дней, а скорость его движения вырастала или падала примерно на 3 километра в секунду каждые сутки.

Просчитав массу, траекторию движения и размеры его невидимого спутника, ученые пришли к выводу, что имеют дело с крайне необычным объектом – черной дырой, чья масса была всего в 3,3 раза выше, чем у Солнца. Это заметно ниже, чем у всех других известных объектов такого рода, но при этом с запасом выше, чем у всех известных нейтронных звезд.

Как надеются астрономы, дальнейшие наблюдения за 2MASS J0521 помогут им подтвердить, что этот объект действительно представляет собой черную дыру, а также изучить возможные обстоятельства его рождения, анализируя свойства этой звездной системы. Их открытие позволит ученым понять, почему подобные сингулярности встречаются невероятно редко.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.