Астрономы впервые обнаружили черную дыру-бродягу

Черная дыра «не выпускает» никаких фотонов за свои пределы, поэтому ее нельзя увидеть в телескоп. Чтобы найти такой объект, астрономы изучают его влияние на окружающие тела: другие звезды или газопылевые облака. Однако, по расчетам, огромное количество черных дыр должны быть «бродягами», находящимися вне системы с другой звездой и далеко от любых облаков. До сих пор достоверно обнаружить такие объекты не удавалось.

Теперь международная группа ученых смогла сделать это, используя архивные данные космического телескопа «Хаббл». Соответствующая статья направлена на публикацию в The Astrophysical Journal, ее текст выложен на сервере препринтов Корнеллского университета. Потенциально открытие может повлиять на современные представления о темной материи.

Минимальная масса черной дыры — порядка 3,3 массы Солнца (диаметр такого объекта — менее 20 километров, а, например, Солнца — 1,4 миллиона километров). Подобные объекты еще называют ЧД звездных масс, поскольку они образуются при коллапсе сверхновых звезд. Астрономам везет, если такие звезды находятся в системе из двух светил: тогда влияние ЧД на второе светило позволяет достоверно открыть этот объект.

Но в целом ряде случаев остатки сверхновой могут «вылететь» из системы (ее взрыв редко проходит полностью симметрично, что может придать остаткам сверхновой импульс в сторону от исходной системы). Случаются и ситуации, когда сверхновая не имела звезды-напарника. В таких случаях регистрация черной дыры звездных масс превращается в исключительно сложное дело. Между тем оно имеет смысл: согласно ряду гипотез, именно из шаровых скоплений черных дыр звездных масс состоит практически вся темная материя нашей Вселенной.

Многочисленные эксперименты по обнаружению частиц темной материи в последние годы закончились неуспешно, что делает вопрос о чернодырной сущности темной материи особенно актуальным. Но, чтобы изучать его полноценно, нужно научиться регистрировать такие черные дыры.

В 2011 году астрономам, работавшим с архивными данными телескопа «Хаббл», повезло. Они обнаружили событие OGLE-11-0462, при котором свет одной из звезд нашей Галактики вдруг на короткий период времени усилился, а потом ослаб.

Большинство звезд имеют достаточно предсказуемую светимость, но бывают события, способные ее временно повысить. Одно из них — гравитационное линзирование. При нем сильная гравитация от компактного объекта, проходящего между земным наблюдателем и звездой, усиливает ее излучение, а затем оно возвращается в норму. Таких компактных объектов может быть довольно много: кроме черной дыры, аналогичную роль способны играть нейтронная звезда или тусклый белый карлик.

Чтобы получить максимально полную картину, ученые проанализировали шесть лет наблюдений неба в секторе события OGLE-11-0462 и смогли исключить всех кандидатов на роль линзы, кроме черной дыры. Ее массу определили в 7,1 солнечной, а скорость движения (она ясна из времени линзирования) — в 45 километров в секунду. Эта скорость недостаточна для покидания диска Галактики, однако вполне нормальна для остатков сверхновой, чей взрыв был не совсем симметричным, поэтому придал получившейся при нем черной дыре импульс в сторону.

Как ранее писал Naked Science, достоверно обнаружить большинство таких объектов намного сложнее, чем в случае, описанном выше. Скорее всего, они сконцентрированы в плотных шаровых скоплениях за пределами галактического диска — в так называемом гало галактик, где почти нет звезд. Хотя эти скопления могут играть роль гравилинз между земным наблюдателем и объектом из другой галактики, на практике компактность скоплений будут делать вероятность линзирования редкой. Но тем ценнее станут данные такого рода, когда их — как в случае с OGLE-11-0462, — наконец, получат астрономы.