Нові дані, отримані за допомогою Космічного телескопа імені Габбла, місію якого спільно виконують NASA та Європейське космічне агентство, дали змогу знайти важливі докази існування чорних дір середньої маси у Всесвіті. «Габбл» підтверджує, що ця чорна діра проміжної маси міститься всередині щільного скупчення зір.
Уявлення художника про зорю, розірвану чорною дірою середньої маси (intermediate-mass black hole, IMBH), яку оточує диск з накопиченої речовини. Цей тонкий диск, що обертається навколо чорної діри, складається із залишків зорі, розірваної припливною силою чорної діри. Фото з сайту www.spacetelescope.org.
Чорні діри середньої маси (Intermediate-mass black holes, IMBHs) — це довгоочікувана «відсутня ланка» в еволюції чорної діри. Досі знайдено декілька інших кандидатів у IMBH. Вони менші, ніж надмасивні чорні діри, що лежать у ядрах великих галактик, але більші, ніж чорні діри зоряної маси, що утворюються при колапсі масивних зір. Ця нова чорна діра у понад 50 000 разів перевищує масу Сонця.
IMBH важко знайти. «Чорні діри проміжної маси є дуже невловимими об’єктами, тому важливо ретельно розглянути та відкинути альтернативні пояснення для кожного кандидата. Це те, що “Габбл” дозволив нам зробити для нашого кандидата», — сказав Даченґ Лін (Dacheng Lin) з Університету Нью-Гемпшира, який очолював дослідження в рамках виконання програми HST GO-15441. Результати науковців оприлюднив Astrophysical Journal Letters.
Лін та його наукова група використовували «Габбла» для перевірки результатів спостережень рентгенівської обсерваторії NASA«Чандра» (Chandra) та рентгенівської багатодзеркальної місії Європейського космічного агентства (X-ray Multi-Mirror Mission, XMM-Newton). Обсерваторія XMM-Newton оснащена трьома рентгенівськими телескопами для реєстрації рентгенівських променів різних енергій та оптичним монітором, що дають змогу робити тривалі неперервні експозиції, забезпечуючи високочутливі спостереження.
«Доповнення новими даними раніше отриманих результатів рентгенівських спостережень дозволило нам зрозуміти загальний вихід енергії», — сказала член наукової групи Наталі Вебб (Natalie Webb) з Тулузькогоуніверситету (Франція). «Це допомогло нам з’ясувати тип зорі, яку розірвала чорна діра».
У 2006 р. космічні обсерваторії виявили потужний спалах рентгенівських променів, але було не ясно де міститься джерело випромінювання: всередині чи зовні нашої галактики. Дослідники пояснили причину спалаху тим, що було розірвано зорю, коли вона занадто близько підійшла до компактного об’єкта з сильною гравітацією, тобто до чорної діри.
Дивно, але рентгенівське джерело 3XMM J215022.4−055108 не містилось в центрі галактики, де зазвичай перебувають масивні чорні діри. Це викликало сподівання, що винуватцем є IMBH. Але треба було «зняти з розгляду» ще одне можливе джерело рентгенівського спалаху: нейтронну зорю в нашій галактиці Молочний Шлях, що охолоджується після нагрівання до дуже високої температури. Нейтронні зорі — дуже щільні залишки зір, що вибухнули.
За допомогою цього зображення, яке отримав Космічний телескоп імені Габбла, вдалося визначити розташування чорної діри середньої маси (intermediate-mass black hole, IMBH). Її маса у понад 50 000 разів більша, ніж маса Сонця (але вона набагато менша, ніж надмасивні чорні діри, виявлені в центрах галактик). Чорна діра 3XMM J215022.4−055108 позначена білим колом. Цей невловимий тип чорної діри вперше ідентифікували на підставі реєстрації сплеску рентгенівських променів, які генерував гарячий газ зорі, коли вона була захоплена і знищена чорною дірою. Спостереження «Габбла» були потрібними, щоб визначити місце чорної діри у видимому світлі. Зображення з високою роздільною здатністю показує, що чорна діра міститься всередині щільного скупчення зір, що лежить далеко за межами нашої галактики Молочний Шлях. Скупчення зір міститься біля галактики в центрі зображення. Набагато менші зображення далеких фонових галактик розкидані навколо центру світлини, зокрема й спіральної галактики, яку видно трохи вище над центральною галактикою переднього плану. Фото з сайту www.spacetelescope.org.
«Габбл» направили на джерело рентгенівських променів, щоб встановити його точне розташування. Зображення високої роздільної здатності підтвердило, що рентгенівські промені виходили не від ізольованого джерела в нашій галактиці, а натомість з далекого, щільного скупчення зір на околиці іншої галактики — саме такого місця, де астрономи якраз й очікували знайти докази існування IMBH. Попередні дослідження, виконані за допомогою Космічного телескопа імені Габбла показали: що масивніша галактика, то масивніша чорна діра в її центрі. Отже, цей новий результат вказує на те, що скупчення зір, в якому міститься 3XMM J215022.4−055108, може бути ядром карликової галактики малої маси, яке зазнало гравітаційного руйнування завдяки тісній взаємодії з сусідньою масивною галактикою.
Чорні діри середньої маси дуже важко знайти, бо вони менші й не такі активні, як надмасивні чорні діри. Вони не мають доступних джерел «харчування», а також достатньо сильної гравітації, щоб вони постійно притягували зорі та іншу космічну речовину й спричиняли появу рентгенівського випромінювання. Тому астрономам доводиться «хапати» IMBH під час відносно рідкісного явища поглинання нею зорі. Лін та його колеги скористались архівом даних XMM-Newton, переглядаючи сотні тисяч джерел, щоб знайти вагомі докази для цього кандидата в IMBH. Виявлення рентгенівського випромінювання, спричиненого руйнуванням зорі, дало змогу астрономам оцінити масу чорної діри.
Підтвердження однієї IMBH вказує на можливість існування багатьох таких об’єктів, які є непомітними в темряві космічного простору. Вони неначе очікують, що на них вкаже зоря, яка пройде повз таку чорну діру занадто близько. Лін планує продовжити цю ретельну детективну роботу, використовуючи методи, які для його наукової групи виявилася успішними.
«Вивчення походження та еволюції чорних дір проміжної маси нарешті дасть відповідь на те, як виникли надмасивні чорні діри, які ми знаходимо в центрах масивних галактик», — зауважила Вебб.
Чорні діри — одне з найекстремальніших середовищ, відомих людству. Тому вони є полігоном для вивчення законів фізики та нашого розуміння того, як влаштований Всесвіт. Чи зростає надмасивна чорна діра від злиття IMBH? Як формуються самі IMBH? Чи щільні скупчення зір є їхньою привілейованою «домівкою»? З впевненим висновком щодо однієї таємниці, Лін та інші астрономи, які вивчають чорні діри, мають ще багато захопливих таємниць.
За інф. з сайту www.spacetelescope.org підготував Іван Крячко
