Световые импульсы освещают редкую черную дыру
Вселенная имеет так много черных дыр, что сосчитать их все невозможно. В одной только нашей Галактике можно насчитать 100 миллионов этих интригующих звездных объектов. Почти все черные дыры относятся к одному из двух классов: большой и колоссальный.
Астрономам известно, что черные дыры, которые превышают массу нашего Солнца в 10-100 раз, являются остатками умирающих звезд, а сверхкрупные черные дыры, которые в миллион раз больше массы Солнца, населяют центры большинства галактик. Но разбросанные по всей Вселенной, как оазисы в пустыне, несколько черных дыр относятся к более загадочному типу. В пределах от ста раз до нескольких сотен тысяч раз превышающих массу Солнца, эти черные дыры промежуточных масс настолько трудно измерить, что даже их существование иногда оспаривается. Мало что известно о том, как они формируются.
И некоторые астрономы задаются вопросом: ведут ли они себя как других черные дыры? Теперь команда астрономов точно измерила и, таким образом, подтвердила существование черной дыры, которая в 400 раз больше массы нашего Солнца, и находится она на расстоянии 12 000 000 световых лет от Земли.
Это открытие было опубликовано аспирантом астрономии Университета Мэриленда Дхирэджем Пэшемом и двумя его коллегами 17 августа в журнале «Nature». «Объекты в этом диапазоне - наименее распространенные из всех черных дыр, - говорит преподаватель астрономии Ричард Мушоцкий. - Астрономы задаются вопросами: существуют ли эти объекты? Каковы их свойства? До сих пор у нас не было данных для ответа на эти вопросы». Черная дыра промежуточных масс, которую изучала команда ученых, является примером этого класса черных дыр. Черная дыра представляет собой область в пространстве с такой высокой плотностью, что даже свет не может избежать своей силы тяжести. Черные дыры невидимы, но астрономы могут найти их, отслеживая их гравитационное притяжение на других объектах.
Материя, втянутая в черную дыру собирает вокруг нее, как штормовые обломки, окружающие центр торнадо. Этот космический материал подвергается трению, тем самым производя свет, что делает черные дыры одними из самых ярких объектов Вселенной. С 1970 года астрономы наблюдали несколько сотен объектов, которые, по их мнению, были черными дырами промежуточных масс. Но они не могли измерить их массу, поэтому не было уверенности в догадке.
«По причинам, которые очень трудно понять, эти объекты сопротивлялись стандартным техникам измерений», - говорит Мушоцкий. Мессье 82 - галактика, расположенная в созвездии Большой Медведицы, является нашей ближайшей «звездообразующей галактикой», там формируются молодые звезды. В 1999 году спутниковым телескопом НАСА Чандра был обнаружен яркий объект в Мессье 82, окрещенный M82 X-1.
Астрономы, включая Мушоцкого и Тода Строхмейера из Центра космических полетов Годдарда НАСА, в течение десятилетия подозревали, что объект был черной дырой промежуточных масс, но оценки ее массы не были достаточно категоричными, чтобы подтвердить это. За период с 2004 по 2010 годы исследователями НАСА было сделано приблизительно 800 записей отдельных рентгеновских частиц, испускаемых M82 X-1.
Пэшем отобразили интенсивность и длину волны рентгеновских лучей в их последовательности, затем сшил последовательности вместе и проанализировал результат. Среди материала, окружающего предполагаемую черную дыру, были замечены две повторяющихся вспышки света. Вспышки показали ритмичный рисунок световых импульсов: одна происходит 5,1 раза в секунду и другая 3,3 раза в секунду, или в соотношении 3:2. Астрономы могут использовать 3: 2 колебания света для измерения массы черной дыры.
Методика была использована на небольших черных дырах, но никогда прежде не применялась к черным дырам промежуточных масс. Пэшем использовал колебания, чтобы оценить, что M82 X-1 в 428 раз больше массы Солнца, плюс-минус 105 солнечных масс. Он не предлагает объяснение того, как этот класс черных дыр сформировался. «Мы должны были подтвердить их существование экспериментально, - говорит он. - Теперь теоретики могут приступить к работе». НАСА планирует запустить новый рентгеновский телескоп примерно через два года. Пэшем определил для исследования шесть потенциальных черных дыр промежуточных масс.