Астрономы обнаружили одинокую черную дыру в Млечном Пути

Международная группа астрономов сообщила о первом достоверном обнаружении одиночной черной дыры, летящей в межзвездном пространстве. Черную дыру удалось обнаружить благодаря событию микролинзирования, когда некий достаточно массивный объект пролетает на фоне звезды в Млечном Пути и искажает свет от нее. Подробно об открытии рассказывается в препринте, опубликованном на сайте arXiv.

Одиночные черные дыры звездной массы намного труднее обнаружить, чем черные дыры в составе двойных систем. Последние становятся заметны благодаря звездам-компаньонам, которые движутся вокруг невидимого объекта или отдают ему свое вещество, что порождает аккреционный диск и сильный поток рентгеновского излучения. В случае одиночных черных дыр астрономам приходится изучать небо в поисках событий микролинзирования, когда блеск звезды повышается на какое-то время. В этом случае черная дыра, обладающая сильным гравитационным полем, действует как линза, собирающая лучи света от звезды.

В новой работе ученые предложили способ, как можно однозначно установить, что гравитационной линзой является черная дыра, а не какой-либо другой объект. Ожидается, что массивный компактный объект будет приводить к очень долгим событиям микролинзирования, однако продолжительность зависит от отношения между радиусом Эйнштейна линзы, то есть углом искажения света, и скоростью перемещения самой линзы. Иными словами, долгое микролинзирование может порождать как черная дыра с очень большим радиусом Эйнштейна, так и медленно движущаяся очень слабая звезда небольшой массы.

Эту неоднозначность можно устранить, если измерить как фотометрию микролинзы (насколько повысилась яркость источника), так и астрометрический сдвиг, то есть на какой угол (обычно около миллиарксекунды) сместился свет от источника. Астрономы воспользовались космическим телескопом «Хаббл» для проведения точной астрометрии события микролинзирования продолжительностью 270 дней, замеченного в направлении галактического балджа. Ученые также провели наземные наблюдения изменения кривой блеска, а также измерили годовой параллакс, то есть изменение видимого положения звезды и линзы из-за вращения Земли вокруг Солнца, поскольку это влияет на точность фотометрии.

В результате исследователи вычислили массу линзы, которая достигает 7,1 массы Солнца с погрешностью плюс-минус 1,3 массы Солнца, и оценили расстояние до нее в 1,58 килопарсека (около пяти тысяч световых лет). Сама линза не излучала заметного света, что, наряду с большой массой, подтверждает ее природу как черной дыры. Черная дыра перемещается в межзвездной среде с небольшой скоростью 45 километров в секунду, что ученые объясняют небольшим толчком при взрыве сверхновой.