Обнаружена чёрная дыра промежуточной массы: что она собой представляет и почему это важно?

Черные дыры, одни из самых таинственных объектов во Вселенной, бывают разных размеров. То, каким будет тот или иной космический монстр, зависит от массы звезды на последней ступени ее эволюции. Как показали результаты нового исследования, черная дыра средней массы является недостающим звеном между двумя другими видами черных дыр – сверхмассивными, что скрываются в центрах галактик, и черными дырами, которые часто образуются при взрывах массивных звезд в виде сверхновых.
Астрономы считают, что наблюдаемая Вселенная полна черных дыр среднего размера, вот только найти их совсем непросто. Но недавно астрономам улыбнулась удача и им удалось обнаружить так называемую «златовласку» – долгожданный объект, который нельзя назвать ни сверхмассивной, ни обычной черной дырой. Масса обнаруженного объекта, как пишут авторы научной работы, находится на полпути между двумя другими видами черных дыр. Но почему исследователи утверждают, что «златовласка» способна изменить наше представление о Вселенной?

Массивные космические объекты

Черные дыры славятся тем, что пожирают все, что подходит слишком близко, включая кванты самого света. Те из них, что вращаются в центрах галактик, обладают просто невероятной массой – одна из самых крупных из обнаруженных на сегодняшний день черных дыр имеет массу в 40 миллиардов Солнц, а ее диаметр превышает 200 миллиардов километров. Только представьте, с какой силой этот космический монстр поглощает все, что имеет неосторожность оказаться поблизости.
Интересно, что все обитатели космоса – разные. Сверхновые, карлики, нейтронные, холодные – одних только видов звезд в наблюдаемой Вселенной великое множество. Как, впрочем, и планет за пределами нашей Солнечной системы – их на сегодняшний день обнаружено более 400. Многие из этих далеких миров являются газовыми гигантами, но есть и те, что как две капли воды похожи на Землю. Астероиды, кометы, галактики и черные дыры тоже бывают разными.

Черная дыра – это область пространства-времени, гравитационная притяжение которой настолько велико, что вырваться из черной дыры не может ничего, даже свет.

По оценкам исследователей, всего в окрестностях галактики Млечный Путь черных дыр среднего размера насчитывается около 46 000. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, ученые нашли доказательства существования одного из таких объектов. Отметим, что открытие промежуточной черной дыры может пролить свет на главный вопрос современной астрофизики: как образуются сверхмассивные черные дыры?

Промежуточные черные дыры

Промежуточными черными дырами ученые называют объекты, масса которых значительно больше, чем масса обычной черной дыры, но гораздо меньше, чем у сверхмассивной черной дыры. Предполагается, что этих объектов на просторах Вселенной значительно меньше, чем других видов черных дыр, но доказательств их существования до сих пор не было обнаружено, так как их нелегко наблюдать. Судите сами – им не предшествует взрыв сверхновой, как это часто бывает с обычными черными дырами. Кроме того, они меньше и менее активны, чем сверхмассивные черные дыры, с меньшим гравитационным притяжением. Это означает, что чтобы действительно увидеть промежуточную черную дыру, необходимо искать эффекты, которые она может оказать на свое окружение.
Первые свидетельства о существовании «златовласки» пришли на Землю в виде света, искаженного Большим взрывом, когда Вселенная только-только зарождалась. В ходе работы ученые просмотрели информацию о тысячах вспышек, вызванных коллапсом или слиянием звезд, в надежде использовать одну из них, чтобы заглянуть в раннюю Вселенную.

Первая фотография тени черной дыры была получена в 2019 году

Напомним, что посмотреть в далекое прошлое астрономы могут с помощью гравитационного линзирования – одного из наиболее интереснейших космических эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной. Гравитационное линзирование наблюдают, когда такой объект принимает свет от взрывов и искажает его, как линза, создавая множество изображений, наблюдаемых в разное время.
Как выяснили астрофизики в ходе работы, один из обнаруженных всплесков, по-видимому, был подвержен гравитационному линзированию объектом, масса которого была в несколько десятков тысяч раз больше, чем масса нашего Солнца. Это говорит о том, что, скорее всего, линзирование было вызвано одной из черных дыр средней массы – именно эти объекты ученые искали на протяжении многих лет.
«Недавно обнаруженная черная дыра может оказаться древней реликвией – первобытной черной дырой, которая образовалась в ранней Вселенной до того, как сформировались первые звезды и галактики», – отмечает соавтор исследования Эрик Трейн из Школы физики и астрономии Университета Монаша в интервью британской The Independent.

Во Вселенных множество объектов, которые нельзя увидеть с помощью телескопов, улавливающих видимый свет

Если обнаруженный астрофизиками объект действительно является промежуточной черной дырой, то уже в скором будущем ученые смогут оценить количество таких объектов в наблюдаемой Вселенной. Впервые физики предсказали существование промежуточных черных дыр больше тридцати лет назад.
Открытие также может объяснить таинственный рост сверхмассивных черных дыр, подобных той, что находится в центре нашей галактики.
«Хотя мы знаем, что эти сверхмассивные черные дыры скрываются в ядрах большинства, если не всех галактик, мы не понимаем, как эти чудовища могут вырасти настолько большими за все время, прошедшее с момента рождения Вселенной. Если бы мы знали, сколько их существует, это помогло бы получить лучшую информацию о том, как формируются и эволюционируют эти космические монстры с течением времени», — говорит ведущий автор исследования, аспирант Мельбурнского университета Джеймс Пейнтер.
Необходимо также отметить, что помимо гравитационного линзирования существуют и другие способы обнаружения промежуточных кандидатов в черные дыры. Например, в 2020 году NASA сообщило о промежуточной черной дыре аналогичного размера (ее масса в 50 000 больше массы нашего Солнца), которая стала источником вспышки рентгеновского излучения после того, как звезда, которая подошла к ней слишком близко, была разорвана на части.
А в 2019 году астрономы обнаружили сигнал гравитационной волны (GW190521) от слияния двух черных дыр. Слияние привело к образованию более массивной черной дыры, которая с ее 142 солнечными массами также считается промежуточной.