Рентгеновское зрение: космический телескоп обнаружил десятки "невидимых" чёрных дыр

С помощью рентгеновского телескопа Chandra астрономы обнаружили десятки неуловимых чёрных дыр средней, или, как их ещё называют специалисты, промежуточной, массы. Объекты, так долго остававшиеся неизученными, могут поведать секреты образования в юной Вселенной галактик и своих сверхмассивных собратьев.

Напомним, что на сегодняшний день астрономам хорошо известны две разновидности чёрных дыр. Первая – это объекты звёздной массы (единицы и десятки масс Солнца). Их существование было окончательно доказано благодаря открытию гравитационных волн от их слияния. Другой крайний случай – это сверхмассивные (миллионы и миллиарды солнечных масс) "монстры" в центрах галактик, в том числе и Млечного Пути. Они зачастую окружены раскалённым облаком падающего на них вещества, и именно излучение этой материи выдаёт "хищницу".

Массы от ста и до нескольких сотен тысяч солнц считаются промежуточными. Такие чёрные дыры чрезвычайно трудно наблюдать. Правда, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали, и даже не один раз, об объектах, которые, вероятно, являются такими "середнячками". Однако редкие отдельные свидетельства мало о чём говорят. Во-первых, они могут оказаться ложными обнаружениями. Во-вторых, они не дают информации, насколько средние чёрные дыры распространены во Вселенной, где они обычно встречаются и как образуются.

Астрономам требовались более представительные данные, и они их получили. Научная работа группы во главе с Мар Мескуа (Mar Mezcua) из Института космических наук в Испании опиралась на масштабный обзор карликовых галактик в разных диапазонах волн. В том числе использовались и рентгеновские наблюдения "Чандры".

Наличие точечного источника рентгеновского излучения в центре галактики считалось исследователями признаком наличия чёрной дыры (рентгеновские кванты рождаются в раскалённом падающем на "хищницу" веществе). В итоге галактик с такими "горячими рентгеновскими точками" в центре набралось 40 штук. Масса этих звёздных систем составляет от 10 миллионов до 30 миллиардов солнц (менее 1% от массы Млечного Пути). Поэтому массу центральных чёрных дыр в них можно оценить в десятки и сотни тысяч солнц, то есть она промежуточная.

Попутно было поставлено несколько рекордов. Одна из исследованных галактик оказалась самой маленькой, где когда-либо была обнаружена центральная чёрная дыра. Масса этого "звёздного острова" составляет всего 6,6 миллиона солнц. Другая звёздная система стала самой далёкой известной карликовой галактикой с "хищницей" в центре. Расстояние до неё составляет 10,9 миллиарда световых лет. Для сравнения: возраст Вселенной примерно равен 13,7 миллиарда лет.

Важный статистический результат состоит в том, что в карликовых галактиках "светящиеся" (окружённые плотным облаком падающего на них вещества) чёрные дыры встречаются реже, чем в их более массивных собратьях. Распространённость чёрных дыр, не сигнализирующих о себе излучением, по понятным причинам неизвестна.

Группа Мескуа сосредоточилась на отдалённых галактиках (12 из 40 найденных чёрных дыр расположены более чем в пяти миллиардах световых лет от Земли).

Другое исследование, предпринятое командой Игоря Чилингаряна (Igor Chilingarian) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра в Кембридже, было посвящено более близким окрестностям Млечного Пути.

Астрономы выбирали из данных известного оптического обзора SDSS галактики, в которых есть признаки центральной чёрной дыры, и оценивали их массу. Всего нашлось 305 звёздных систем, предположительно приютивших чёрные дыры с массой 300 тысяч солнц и менее. 90% из них лежат в пределах 1,3 миллиарда световых лет от Земли, а самая далёкая – на расстоянии в 2,8 миллиарда световых лет.

Согласно рентгеновским данным от телескопов Chandra и XMM-Newton, примерно половина из отобранных кандидатов в действительности содержат центральные чёрные дыры. Масса этих тел составляет от 40 до 300 тысяч солнечных.

"Это самый большой набор чёрных дыр промежуточной массы, который когда-либо был обнаружен, – говорит Чилингарян. – Это обилие чёрных дыр может быть использовано для разгадывания одной из самых больших загадок в астрофизике".

Астроном имеет в виду вопрос, как образуются сверхмассивные чёрные дыры. Согласно одной из гипотез, они получаются при быстром сжатии огромного облака пыли и газа под действием собственной гравитации. Другая версия гласит, что всему виной слияние огромного количества чёрных дыр массой около ста солнечных. Возможно также, что одновременно работают оба механизма.

Интриги в дискуссию добавляет то, что подобные объекты, согласно последним наблюдениям, появились уже тогда, когда возраст Вселенной составлял считанные проценты от нынешнего. Это означает, что процесс образования таких "монстров" должен быть достаточно быстрым.

Впрочем, ясность в этом вопросе пока не наступила. Мескуа и её коллеги интерпретирует свои данные в пользу гипотезы о коллапсе газопылевого облака. Команда Чилингаряна склонна считать свои результаты скорее подтверждающими версию со слиянием небольших чёрных дыр. При этом и те, и другие учёные соглашаются, что окончательные выводы делать пока рано.

Напомним, что "Вести.Наука" ранее писали о "спокойной" чёрной дыре в центре шарового скопления и о том, как найти среди чёрных дыр ровесниц Вселенной. Говорили мы и о спутнике промежуточной массы, который, возможно, есть у сверхмассивной "хозяйки" Млечного Пути.