Обнаружена блуждающая по нашей Галактике черная дыра

Первое обнаружение того, что, по-видимому, является черной дырой-изгоем, дрейфующей через Млечный Путь, обнаруженное ранее в этом году, только что получило важное подтверждение.

Вторая группа ученых, проведя отдельный, независимый анализ, пришла почти к такому же выводу, что добавляет весомости идее о том, что мы потенциально обнаружили черную дыру-изгоя, блуждающую по галактике.

Астрономы Кейси Лэм и Джессика Лу из Калифорнийского университета в Беркли пришли к несколько иному выводу. Учитывая диапазон масс объекта, это может быть не черная дыра, а нейтронная звезда, говорится в новом исследовании.

В любом случае, это означает, что у нас может появиться новый инструмент для поиска "темных" компактных объектов, которые иначе невозможно обнаружить в нашей галактике, путем измерения того, как их гравитационные поля искривляют и искажают свет далеких звезд, когда они проходят перед ними, что называется гравитационным микролинзированием.

"Это первая свободно плавающая черная дыра или нейтронная звезда, обнаруженная с помощью гравитационного микролинзирования", - говорит Лу.

"С помощью микролинзирования мы можем исследовать эти одинокие, компактные объекты и взвесить их. Я думаю, что мы открыли новое окно в эти темные объекты, которые нельзя увидеть никаким другим способом".

Согласно теории, черные дыры представляют собой коллапсировавшие ядра массивных звезд, которые достигли конца своей жизни и выбросили свой внешний материал. Считается, что такие звезды-предвестники черных дыр - более чем в 30 раз превышающие массу Солнца - живут относительно недолго.

По нашим лучшим оценкам, в мире должно существовать от 10 миллионов до 1 миллиарда черных дыр со звездной массой, которые мирно и тихо дрейфуют по галактике.

Но черные дыры называются черными не просто так. Они не излучают свет, который мы можем обнаружить, если только на них не падает вещество, что приводит к образованию рентгеновского излучения в пространстве вокруг черной дыры. Так что если черная дыра просто висит, ничего не делая, у нас почти нет возможности ее обнаружить.

Почти. Что есть у черной дыры, так это экстремальное гравитационное поле, настолько мощное, что оно искривляет любой свет, проходящий через нее. Для нас, наблюдателей, это означает, что мы можем увидеть далекую звезду, которая выглядит ярче и находится в другом положении, чем обычно.

Именно это и произошло 2 июня 2011 года. Два отдельных исследования микролинзирования - Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) и Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) - независимо друг от друга зарегистрировали событие, пик которого пришелся на 20 июля.

Это событие было названо MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (сокращенно OB110462), и поскольку оно было необычно длинным и необычно ярким, ученые решили рассмотреть его поближе.

"То, как долго длится яркое событие, говорит о том, насколько массивна линза переднего плана, изгибающая свет фоновой звезды", - объясняет Лам.

"Длительные события, скорее всего, связаны с черными дырами. Однако это не гарантия, поскольку продолжительность эпизода усиления яркости зависит не только от того, насколько массивна линза переднего плана, но и от того, насколько быстро линза переднего плана и фоновая звезда движутся относительно друг друга".

"Однако, получив также измерения видимого положения фоновой звезды, мы можем подтвердить, действительно ли линза переднего плана является черной дырой".

В данном случае наблюдения за этим регионом проводились восемь раз с помощью космического телескопа "Хаббл" вплоть до 2017 года.

В результате глубокого анализа этих данных группа астрономов под руководством Кайлаша Саху из Научного института космического телескопа пришла к выводу, что виновником является микролинзирующая черная дыра, масса которой в 7,1 раза превышает массу Солнца и которая находится на расстоянии 5 153 световых лет от нас.

Теперь в анализ Лу и Лама добавлены дополнительные данные с "Хаббла", полученные в 2021 году. Их команда обнаружила, что объект несколько меньше, от 1,6 до 4,4 раз больше массы Солнца.

Это означает, что объект может быть нейтронной звездой. Это также коллапсировавшее ядро массивной звезды, которая начиналась от 8 до 30 раз больше массы Солнца.

Образовавшийся объект поддерживается тем, что называется давлением вырождения нейтронов, при котором нейтроны не хотят занимать одно и то же пространство; это не позволяет ему полностью схлопнуться в черную дыру. Предельная масса такого объекта примерно в 2,4 раза превышает массу Солнца.

Интересно, что не было обнаружено ни одной черной дыры, масса которой была бы меньше массы Солнца примерно в 5 раз. Это называется нижним пределом массы. Если работа Лам и ее коллег верна, то это означает, что мы можем обнаружить объект с меньшим разрывом в массе, что является весьма заманчивым.

Обе команды получили разные массы для линзирующего объекта, потому что их анализы дали разные результаты относительных движений компактного объекта и линзируемой звезды.

Саху и его команда обнаружили, что компактный объект движется с относительно высокой скоростью - 45 километров в секунду, что является результатом натального толчка: взрыв сверхновой может отправить разрушившееся ядро на большую скорость.

Однако Лам и ее коллеги получили 30 километров в секунду. Этот результат, по их словам, говорит о том, что, возможно, взрыв сверхновой не является необходимым для рождения черной дыры.

Сейчас на основе OB110462 невозможно сделать твердый вывод о том, какая оценка верна, но астрономы рассчитывают узнать много нового, обнаружив в будущем больше подобных объектов.

"Что бы это ни было, объект является первым обнаруженным темным звездным остатком, блуждающим по галактике без сопровождения другой звезды", - говорит Лам.

Исследование было принято к публикации в "Астрофизическом журнале".