Астрономы обнаружили первую черную дыру, свободно путешествующую по Млечному Пути

В 2011 году астрономы заметили черную дыру, свободно парящую в межзвездном пространстве. Исследование, опубликованное ранее в этом году, только что получило важное подтверждение. Вторая группа ученых, проводившая отдельный, независимый анализ, также увидела таинственный объект. В исследовании приняли участие ученые из Астрономической обсерватории Варшавского университета.

Черные дыры по своей природе невидимы, если только они не являются частью двойной звезды или не окружены аккреционным диском. Однако за исключением тех случаев, когда черные дыры поглощают материю, их трудно наблюдать, потому что черные дыры настолько массивны, что даже свет не может сопротивляться их гравитационному захвату. Астрономы делают вывод об их присутствии на основе гравитационного воздействия на их окружение, то есть поведения звезд и материи в непосредственной близости от них.

По этой причине черные дыры долгие годы оставались теоретическими объектами, несмотря на то, что их существование было предсказано еще в 18 веке, в том числе, Пьер Лаплас или Карл Шварцшильд в результате общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Теперь мы знаем, что почти в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра в центре. В случае галактик, подобных нашему Млечному Пути, массы сверхмассивных черных дыр колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов солнечных масс. Для сравнения, масса черной дыры в Млечном Пути в пять миллионов раз больше массы Солнца.

Но исследователи в течение некоторого времени предполагали, что многие свободно движущиеся черные дыры могут вращаться в межзвездном пространстве, но до сих пор ни одна из них не была замечена. В наблюдениях, проведенных в 2011 году проектом OGLE, ученые заметили явление гравитационного микролинзирования, получившее обозначение OGLE-2011-BLG-0462. Первоначально исследователи пришли к выводу, что микролинзирование было вызвано присутствием одинокой черной дыры, блуждающей в межзвездном пространстве. Теперь независимый анализ, проведенный другой группой исследователей, подтвердил более ранние предположения. Однако новое исследование показывает, что необходимо больше данных, чтобы убедиться, что объект является черной дырой, потому что это может быть нейтронная звезда.

Результаты анализов были отправлены для публикации в The Astrophysical Journal. В настоящее время они доступны в базе данных препринтов arXiv ( arXiv.2202.01903 ).

Гравитационное микролинзирование

Около пяти тысяч световых годах от Земли в созвездии Стрельца ученые заметили черную дыру, свободно перемещающуюся по галактике. Объект был виден благодаря явлению гравитационного микролинзирования.

Гравитация искажает пространство-время. Чем плотнее объект, тем сильнее его гравитационная сила, а когда объект такой же плотный, как черная дыра, искажение настолько невероятно, что он действует как линза, увеличивая и искажая источник света позади него. Явление микролинзирования возникает, когда свет от удаленного источника преломляется более близким объектом, называемым линзой. Масса линзы искривляет пространство вокруг себя, из-за чего световые лучи искривляются, в результате чего можно наблюдать просветление источника.

Другими словами, гравитационное микролинзирование происходит, когда гравитация объектов изгибает и усиливает свет от более далеких звезд, когда источник излучения, объект линзирования и наблюдатель на Земле выровнены. Если линза — звезда, то просветление длится от нескольких до даже около сотни дней, а если линза — планета — от нескольких часов до нескольких дней.

Явление гравитационного микролинзирования уже использовалось для идентификации небольших нечетких объектов, таких как планеты, которые в противном случае было бы слишком трудно увидеть в наши телескопы. Но это первый случай, когда одинокая черная дыра была обнаружена с помощью микролинзирования.

ОГЛ

Ученые считают, что на заключительном этапе жизни массивных звезд, т. е. при взрывах сверхновых, образуются черные дыры с массами от нескольких до нескольких масс Солнца. Таких объектов в галактике должно быть много. Подсчитано, что даже несколько миллионов. Однако эти одинокие объекты в Млечном Пути скрываются от нашего взора.

Ученые из проекта OGLE, реализуемого Варшавским университетом, 2 июня 2011 года наблюдали явление гравитационного микролинзирования, обозначенное как OGLE-2011-BLG-0462. В то же время он также был зарегистрирован новозеландско-японским проектом MOA.

«В момент открытия просветления, несомненно, за счет микролинзирования, мы явно не думали, что этот объект окажется таким интересным и прорывным для астрофизики. И это стало еще одной жемчужиной среди 22 000 обнаруженных нами явлений микролинзирования, – признал проф. Анджей Удальски из Астрономической обсерватории Варшавского университета.

Одинокая черная дыра

Команда OGLE регулярно наблюдала за обсуждаемым гравитационным микролинзированием OGLE-2011-BLG-0462 в течение девяти лет, собрав 15 545 точных измерений яркости объекта, которые использовались для моделирования фотометрического эффекта явления.

После того, как стало известно, что временной масштаб явления велик (поэтому линза массивна), во второй половине 2011 года группа ученых под руководством проф. Кайлаша Саху из Научного института космического телескопа (США) начала наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла, проводя астрометрические измерения. В последующие годы были проведены дополнительные измерения, а в 2021 году они были дополнены измерениями другой группы под руководством аспиранта Кейси Лама и проф. Джессика Лу из Калифорнийского университета в Беркли (США).

Моделирование показывает, что невидимый объект, вызывающий гравитационное микролинзирование, имеет массу в 7 или 4,2 раза больше массы Солнца. Это результаты обеих исследовательских групп — разница обусловлена ​​несколько иным способом анализа данных, но массы указывают на то, что наиболее вероятным объектом здесь является черная дыра.

– Результаты моделирования ясно указывают на то, что феномен OGLE-2011-BLG-0462 был вызван массивным объектом массой в несколько масс Солнца. Поскольку свет обычной звезды с такой массой можно было бы легко зарегистрировать, линза должна быть несветящимся объектом — свободной черной дырой со звездной массой, — объясняет доктор Пшемыслав Мроз, член команды OGLE, занимающейся моделированием. феномен.

Открытие первой свободной черной дыры в Млечном Пути подтверждает предположение, что таких объектов должно быть очень много. Это также открытие нового метода обнаружения черных дыр. Ученые надеются найти больше случаев одиноких черных дыр, в том числе благодаря космической обсерватории Gaia, которая позволит оценить численность этих объектов в нашей галактике, а также определить распределение их масс.

Источник: Калифорнийский университет в Беркли, Астрономическая обсерватория Варшавского университета, PAP, фото: ECYT, IAC