Ученые увидели, как рождается черная дыра

Снимки с "Хаббла" помогли астрономам впервые увидеть то, как крупная звезда N6946-BH1 в созвездии Лебедя напрямую превратилась в "обычную" черную дыру, оставив после себя лишь тепло своей жизни.

Черная дыра – это особая область в пространстве и времени, в которой силы гравитации настолько велики, что их не способны преодолеть даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и сам свет.

"Обычные" черные дыры, в отличие от их сверхмассивных кузин в центрах далеких галактик, крайне сложно находить и изучать из-за их спокойного нрава. Об их присутствии мы можем узнать только по тому, как они искривляют свет других звезд, а также по вспышкам радиоизлучения, вырабатываемых при поглощении ими сгустков материи.

Джилл Герке (Jill Gerke) из университета Огайо (США) и ее коллеги раскрыли первые намеки на то, как рождаются эти загадочные объекты, наблюдая за далекими галактиками в поисках так называемых "неудавшихся сверхновых" при помощи Большого бинокулярного телескопа в обсерватории Маунт-Грэм.

Дело в том, что наблюдения последних двух десятков лет показывают, что все обнаруженные за это время сверхновые возникли в результате взрыва звезд, чья масса не превышала солнечную более в чем 20 раз, или была выше, чем у Солнца, не менее чем в 40 раз. Между ними, по сути, зияет дыра, которую, как считают некоторые астрофизики, заполняют черные дыры, рождающиеся крайне необычным образом.

Как предполагают ученые, с этими звездами происходит следующее – когда такое светило умирает, его материя резко сжимается до размеров атома под действием силы гравитации. В это время внутри него, в результате усиления термоядерных реакций и роста температур, возникает ударная волна, которая двигается от центра в сторону краев погибающей звезды.

В случае с "нормальными" сверхновыми, эта волна обладает достаточной силой для того, чтобы остановить сжатие и обратить его вспять, что приводит к мощнейшему термоядерному взрыву и разбрасыванию внешних оболочек светила, на месте которого возникает нейтронная звезда и гигантское облако горячего газа, пульсарная или планетарная туманность.

Если же масса умирающей звезды находится в промежутке между 20-25 Солнцами, то тогда силы этой волны не хватает для того, чтобы остановить сжатие, она начинает "тормозить", и "неизбежная" сверхновая отменяется – вместо этого звезда напрямую и целиком превращается в черную дыру и фактически исчезает с небосвода.

Первые следы этого интересного процесса Герке и ее коллеги нашли в галактике NGC 6946 в 22 миллионах световых лет от Земли, известной своим бурным нравом и рекордно высоким числом сверхновых, из-за чего ученые называют ее "галактикой-фейерверком".

Один из крупных красных гигантов в этой галактике, звезда N6946-BH1, чья масса была в 25 раз выше, чем у Солнца, а яркость – в сотни тысяч раз выше солнечной, просто пропал 20 октября 2009 года после короткой и достаточно слабой вспышки, начавшейся в марте 2009 года.

Для проверки этого необычайного открытия Герке и ее коллеги  обратились за помощью к научной команде телескопа "Хаббл", которая помогла им получить фотографии N6946-BH1 из архива до ее исчезновения, и дала им возможность делать снимки "места пропажи звезды" в последующие месяцы и годы.

Эти фотографии подтвердили, что звезда действительно исчезла, и позволили ученым впервые увидеть следы процесса рождения черной дыры, невидимые в области видимого излучения, но при этом заметные в инфракрасной части спектра. Они плавно гасли с момента образования черной дыры осенью 2009 года и до октября 2015 года, когда ученые смогли их увидеть в последний раз.

Источником этого тепла, как считают астрофизики, были зерна пыли, выброшенные звездой в последние эпохи ее существования, когда ее внешние оболочки раздулись и были частично сброшены в окружающий космос. Сейчас черная дыра медленно "доедает" эту пыль, притягивая ее к себе и поглощая ее,  и благодаря следам этого процесса, зафиксированным "Хабблом", мы смогли впервые в истории увидеть новорожденную черную дыру.

Подобное открытие, как признает Герке, стало неожиданным для астрономов – они не думали, что увидят первую "неудавшуюся сверхновую" так быстро, и ожидали найти первый такой объект через 7-9 лет. Обнаружение N6946-BH1, по ее словам, может говорить о том, что "обычные" черные дыры  встречаются во Вселенной гораздо чаще, чем мы привыкли считать.