Астрономи давно знають, що в центрі Галактики існує чорна діра з масою в 4 мільйони сонячних мас. Результати нового дослідження, опубліковані в журналі Nature, впевнено свідчать: «бегемот не один». Потенційно, біля 10 тисяч чорних дір зоряних мас можуть бути його компаньйонами. Чорно-дірна популяція, якщо вона існує, відповідатиме теоретичним прогнозам про те, що в центрі нашої галактики повинно бути багато масивних об’єктів.
Уявлення художника про надмасивну чорну діру в нашій галактиці, оточену пилом, газом і 12 чорними дірами зоряної маси. На вставці показано, що кожна чорна діра має сусідкою звичайну зорю. Потік газу від зорі потрапляє на чорну діру через акреційний диск, який випромінює в рентгенівському діапазоні. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
Справді, ядро Молочного Шляху — «багатолюдне» місце: велика кількість пилових і газових утворень до тридцятої зоряної величини (30m) блокують його реальний вигляд у видимому діапазоні спектра. Єдиний спосіб зазирнути в яскраво виражене ядро Галактики — це або дуже довгохвильові радіоспостереження, або надзвичайно енергетичні (в рентгенівських чи гамма-променях). Чарльз Гайлі (Charles Hailey) з Колумбійського університету та його колеги вирішили опрацювати результати спостережень впродовж 12 днів, які були виконані протягом останніх 12 років космічною рентгенівською обсерваторією «Чандра» (Chandra).
Науковці проаналізували 92 джерела, які є точковими об’єктами в рентгенівському діапазоні спектра. 26 з них лежать на відстані до 3 світлових років від надмасивної чорної діри. Для кожного з цих джерел «Чандра» накопичила щонайменше 100 фотонів за 12 днів спостережень. (Не варто кепкувати з такої мізерної цифри, бо для таких слабких об’єктів вона дуже велика!)
Рентгенівське зображення галактичного центра, отримане обсерваторією «Чандра» (Chandra), з позначеними точковими джерелами рентгенівського випромінювання. Червоні кола вказують на подвійні білі карлики, які, зазвичай, випромінюють більше низькоенергетичних рентгенівських променів. Блакитні кола позначають ймовірні подвійні системи з чорними дірами, що випромінюють у більш високо-енергетичному рентгенівському діапазоні. Жовте та зелене кола окреслюють ділянки в межах 0,7 — 3 світлових років від центральної надмасивної чорної діри. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
Потім астрономи дослідили, скільки випромінювання цих джерел виділяється на різних довжинах хвиль — ця процедура нагадує пропускання світла через призму, проте, отримана ними різноколірна «веселка» (спектр) міститься в рентгенівському діапазоні довжин хвиль. І, на диво, дослідники виявили, що 12 з 26 джерел, найближчих до надмасивної чорної діри, зазвичай, мають «блакитні» рентгенівські веселки — тобто вони відносно яскравіші при підвищеній енергії рентгенівського випромінювання.
Більшість рентгенівських джерел у центрі нашої галактики — це білі карлики, які «відсмоктують» газ із звичайних зір-супутників, випромінюючи «червоні» (з більшою енергією на менших довжинах хвиль) рентгенівські спектри при цьому. Але нові «блакитні» джерела рентгенівського випромінювання, імовірно, це більш масивні об’єкти — нейтронні зорі або чорні діри, які стають видимими внаслідок перетікання рентгенівського випромінювання, що живить їх.
Гайлі та його колеги стверджують, що джерела не виявляють спалахів, характерних для подвійних нейтронних систем, тому вони, ймовірно, є чорними дірами. Довготривалий моніторинг галактичного центру виявив практично всі нейронні подвійні системи в фазі їх спалахів, тому серед решти об’єктів повинні бути й чорні діри. Це «спокійні» об’єкти, що обертаються навколо своїх зір-супутників і генерують рентгенівське випромінювання, яке ми ледве можемо детектувати.
Якщо це справді так, то ці подвійні чорні діри мають бути тільки верхівкою айсберга. Багато ізольованих чорних дір можуть існувати в галактичному центрі, і ми взагалі не побачимо їх. Їх кількість визначається тільки процесами їх формування і нині це гаряче обговорюване питання. Якщо вони сформувалися там же, де вони понині виявлені, то може бути 10 000 — можливо й більше! — чорних дір в ядрі Галактики*.
Найбільш дивним є те, що ці рентгенівські джерела не нові; вони всі зареєстровані в каталозі джерел, відкритих обсерваторією «Чандра». «У певному сенсі, чорні діри-двійники ховалися на промені зору», — сказав Гайлі. «Але їхнє виділення з прозаїчніших джерел і усунення рентгенівського фону забирає багато часу й сил, тому перспективи для виявлення їх космічним телескопом залишалися мізерними ... Це була така захоплива таємниця, що можливість подолати ці перепони дуже нас спокушала».
Але — і це велика ймовірність — що не всі ці джерела є чорними дірами. Ба більше, вони, можливо, сформувалися не на своїх нинішніх орбітах. Астрономи давно шукають в галактичному центрі нейтронні зорі з великими швидкостями, відомі як мілісекундні пульсари. Існує думка, що вони були захоплені з кулястих зоряних скупчень, які проходять через галактичний центр.
Однією з причин пошуку і виявлення таких пульсарів є та обставина, що вони можуть бути винуватцями появи неймовірно великої кількості гамма-променів, які реєстрував від галактичного центру телескоп «Фермі» (Fermi). Хоча деякі астрономи вважають, що ці промені можуть бути довгоочікуваним сигналом від частинок темної матерії, мілісекундні пульсари є менш екзотичним, тобто більш прийнятним, варіантом.
«Це потенційне виявлення темної матерії змусило багатьох астрономів розпочати амбітні пошуки мілісекундних пульсарів», — сказав Даріл Гаґґард (Daryl Haggard) з Університету МакГілл. Але пошуки поки що не дали нічого. Незрозуміло, це тому, що їх там взагалі немає, або їх важко знайти: зондування галактичного центру в радіодіапазоні схоже на пошуки піщинок у бурхливій і темній річці — зворотні потоки плазми часто затьмарюють погляд.
Гайлі та його команда визнають, що майже половина їх нових джерел рентгенівського випромінювання можуть бути бажаними мілісекундними пульсарами. Це означатиме, що буде менше ізольованих чорних дір, можливо, лише кілька сотень, а не тисячі. А втім, ще є дуже багато масивних зоряних залишків, що ховаються в центрі нашої галактики.
«В обох випадках це все ще цікаво», — сказав Гаґґард, додавши, «що майбутні радіопроекти можуть допомогти розрізняти чорні діри та нейтронні зорі. Потім ми можемо поставити перед собою питання про те, як ці об’єкти потрапляли в центр Галактики».
*Якщо вам цікаво: ні, ці чорні діри — це не темна матерія, яку ми шукали. Кількість темної матерії в ядрі Галактики насправді буде досить мала — більша частина її виходить далеко за межі спірального диска Молочного Шляху. Крім того, оскільки чорні діри були зорями, вони мали б сформуватися в одному місці з нормальних, баріонних частинок, і ми маємо добрий доказ того, що темна матерія, незалежно від того, яка вона є, не баріонна.
За інф. з сайту www.skyandtelescope.com підготував Георгій Ковальчук
