Пришло время найти все недостающие черные дыры.
Это аргумент, выдвинутый парой японских астрофизиков, которые написали статью, предлагающую новый поиск миллионов «изолированных черных дыр» (IBH), которые, вероятно, населяют нашу галактику. Эти черные дыры, затерянные в темноте, поглощают материю из межзвездной среды - пыль и другие вещества, плавающие между звездами. Но этот процесс неэффективен, и большая часть вещества выбрасывается в космос на высоких скоростях. Исследователи писали, что поскольку этот поток взаимодействует с окружающей средой, он должен создавать радиоволны, которые могут обнаружить человеческие радиотелескопы. И если астрономы смогут отсеять эти волны от всего шума, который есть в остальной части галактики, они смогут обнаружить эти невидимые черные дыры.
«Наивный способ наблюдения за IBH - это их рентгеновское излучение», - писали исследователи в своей статье, которая еще не прошла формальную оценку и которую 1 июля они предоставили в качестве препринта на arXiv.
Почему это? Когда черные дыры высасывают вещество из космоса, это вещество на его краях ускоряется и образует так называемый аккреционный диск. Вещество в этом диске трется о себя, поскольку оно вращается к горизонту событий - точке, где черная дыра не возвращается, - выплескивая рентгеновские лучи в процессе. Но изолированные черные дыры, которые являются маленькими по сравнению со сверхмассивными черными дырами, не излучают много рентгеновских лучей таким образом. В их аккреционных дисках просто недостаточно вещества или энергии для создания больших рентгеновских сигнатур. И прошлые поиски IBH с использованием рентгеновских лучей не дали убедительных результатов.
«Эти оттоки могут сделать IBH обнаруживаемыми на других длинах волн», - пишут исследователи Даити Тсуна из Токийского университета и Норита Каванака из Киотского университета. «Истоки могут взаимодействовать с окружающей средой и создавать сильные бесстолкновительные удары на границе раздела. Эти удары могут усиливать магнитные поля и ускорять электроны, и эти электроны испускают синхротронное излучение на радиоволне».
Другими словами, истечение, скользящее через межзвездную среду, должно заставить электроны двигаться со скоростями, которые производят радиоволны.
«Интересная статья», - сказал Саймон Портегис Цварт, астрофизик из Лейденского университета в Нидерландах, который не участвовал в исследованиях Цуна и Каванака. Portegies Zwart также изучил вопрос о IBH, также известных как черные дыры средней массы (IMBH).
«Это был бы отличный способ найти IMBH», - сказал Портегис Цварт в интервью Live Science. «Я думаю, что с LOFAR такие исследования уже возможны, но чувствительность может создать проблему».
IBH, объяснил Portegies Zwart, считается «недостающим звеном» между двумя типами черных дыр, которые астрономы могут обнаружить: черные дыры звездной массы, которые могут быть в два-сотни раз больше нашего Солнца, и сверхмассивные черные дыры, гигантские звери, которые живут в ядрах галактик и в сотни тысяч раз больше нашего солнца.
Черные дыры звездной массы иногда обнаруживаются в двойных системах с регулярными звездами, потому что двойные системы могут создавать гравитационные волны, а звезды-компаньоны могут обеспечивать топливо для больших рентгеновских вспышек. А сверхмассивные черные дыры имеют аккреционные диски, которые испускают столько энергии, что астрономы могут обнаружить и даже сфотографировать их.
Но IBH, находящиеся на среднем уровне между этими двумя другими типами, гораздо труднее обнаружить. В космосе есть несколько объектов, которые, как подозревают астрономы, могут быть IBH, но эти результаты неопределенны. Но прошлые исследования, в том числе публикация 2017 года в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», соавтором которой является Портеги Цварт, предполагают, что миллионы из них могут скрываться там.
Тсуна и Каванака написали, что лучшая перспектива для радиообзора IBH, вероятно, связана с использованием квадратного километража (SKA), многочастного радиотелескопа, который должен быть построен с участками в Южной Африке и Австралии. Планируется, что общая площадь сбора радиоволн составит 1 квадратный километр (0,39 квадратных миль). По оценкам исследователей, по крайней мере 30 IBH испускают радиоволны, которые SKA сможет обнаружить на своем первом этапе проверки концепции, который запланирован на 2020 год. В будущем, как они написали, полная SKA (запланированная на середина 2020-х годов) должна быть в состоянии обнаружить до 700.
Они написали, что не только СКА сможет определять радиоволны от этих IBH, но и точно определять расстояние до многих из них. Когда это время наступит, наконец, все эти недостающие черные дыры должны начать выходить из укрытия
