Согласно новым открытиям, во вселенной может скрываться совершенно новый класс черных дыр, и они могут быть намного мельче, чем ученые обнаружили ранее.
Черные дыры - это массивные небесные объекты, которые поглощают все, что слишком близко; даже свет не может избежать интенсивного гравитационного захвата черной дыры. Поиск черных и маленьких дыр, таких как сверхмассивные, которые находятся в центре большинства галактик, в том числе и нашей, помогает исследователям собрать воедино работу вселенной и создать повествование о жизни и смерти звезд.
Это потому, что черные дыры - это трупы того, что когда-то было массивными звездами, которые подверглись взрывной гибели, в конечном итоге разрушаясь. Взрывная смерть и последующее коллапс звезд могут образовать два разных объекта. Если оригинальная звезда достаточно массивна, этот взрыв приведет к черной дыре, но если это не так, труп вместо этого сформирует маленький, плотный объект, известный как нейтронная звезда.
Астрономы обычно ищут эти черные дыры в нашей собственной галактике, измеряя рентгеновские лучи, которые испускаются, когда черные дыры откачивают материал от соседних звезд. С другой стороны, в далеких галактиках исследователи ищут гравитационные волны, возникающие в результате слияния двух черных дыр или столкновения нейтронных звезд.
Но группа исследователей задалась вопросом, могут ли быть черные дыры относительно малой массы, которые не излучают контрольные рентгеновские сигналы других черных дыр. Такие гипотетические черные дыры, вероятно, будут существовать в двойной системе с другой звездой, хотя они будут находиться на орбите достаточно далеко от этой звезды, чтобы они не ели много от своего звездного спутника; исследователи предположили, что эти маленькие черные дыры не будут испускать детектируемые рентгеновские лучи и поэтому останутся невидимыми для астрономов, сказал Тодд Томпсон, профессор астрономии в Университете штата Огайо и ведущий автор исследования, излагающего новые выводы.
«Мы почти уверены, что в двойных системах должно быть много-много черных дыр со звездами в галактиках, просто мы их не нашли, потому что их трудно найти», - сказал Томпсон в интервью Live Science. Но «всегда интересно пытаться найти то, что не видно».
Томпсон и его коллеги искали доказательства этих черных дыр в звездных спутниках предполагаемых объектов. Исследователи изучили данные эксперимента по галактической эволюции в обсерватории Апач (APOGEE), в которых была представлена информация о спектре света - о различных длинах волн энергии, создаваемой объектом - из более чем 100 000 звезд в нашей галактике.
Информация из этого обзора показала изменение спектров или длин волн от каждой из этих звезд. Если исследователи заметили какие-либо изменения в этих спектрах - например, сдвиг в сторону более голубых волн или сдвиг в сторону более красных волн - это может означать, что конкретная звезда вращается вокруг невидимого спутника. Проведя этот анализ, исследователи изучили изменения яркости подмножества звезд, которые могут вращаться вокруг черных дыр, используя данные другого обследования, которое называется «Автоматическое обследование сверхновых на все небо» (ASAS-SN). Они искали звезды, которые становились ярче и тусклее, а также красного и синего.
Вот как исследователи обнаружили массивный темный объект, запертый в гравитационном объятии, с быстро вращающейся гигантской звездой на расстоянии около 10 000 световых лет в дальних уголках нашей галактики, недалеко от созвездия Аурига. Исследователи оценили массу этого объекта примерно в 3,3 раза больше, чем у нашего Солнца, слишком большой, чтобы быть нейтронной звездой, и недостаточно массивной по сравнению с любой известной черной дырой.
По словам Томпсона, самая массивная нейтронная звезда, о которой знают ученые, в 2,1 раза больше массы нашего Солнца, тогда как наименее массивная известная черная дыра примерно в пять-шесть раз превышает массу нашего Солнца. Тем не менее, нижняя граница массы нового объекта - самая низкая масса, которой мог бы быть этот объект - в 2,6 раза превышает массу нашего Солнца, что, как считают астрономы, является верхним пределом того, как теоретически могут получить массивные нейтронные звезды. Более массивный, чем этот, и нейтронная звезда упадет в черную дыру.
Таким образом, этот темный, таинственный объект "мог бы быть самой массивной нейтронной звездой из когда-либо виденных", прямо на границе, после которой он не может существовать, сказал Томпсон. «Я бы на самом деле был бы еще более взволнован, если бы это было правдой». Но более чем вероятно, что это гипотетическая, но никогда ранее не обнаруживаемая черная дыра с относительно малой массой, добавил он.
Деян Стойкович, космолог и профессор физики в Университете искусств и наук Буффало, который не был связан с исследованиями, согласился. «Скорее всего, это черная дыра», потому что она слишком массивна, чтобы быть нейтронной звездой, если только это не какая-то необычная звезда, сказал Стойкович в прямом эфире Science. «Это звучит очень разумно», но не неожиданно, поскольку астрономы знают, что существуют черные дыры меньшей массы.
Томпсон сказал, что он с нетерпением ожидает будущих открытий, таких как информация о наклоне орбиты звезды вокруг темного объекта, которую космический аппарат Gaia Европейского космического агентства может собрать в предстоящей миссии. Это может помочь исследователям более точно измерить массу темного объекта.
Результаты были опубликованы вчера (31 октября) в журнале Science.
