Астрономы обнаружили данные о тысячах черных дыр, расположенных вблизи центра нашей галактики Млечный Путь, используя данные рентгеновской обсерватории NASA Chandra.
Эта черная дыра состоит из других черных дыр звездной массы, которые обычно весят от пяти до 30 раз больше массы Солнца. Эти вновь выявленные черные дыры были обнаружены в течение трех световых лет - относительно короткого расстояния на космических масштабах - сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики, известной как Стрелец A * (Sgr A *).
Теоретические исследования динамики звезд в галактиках показали, что большая популяция черных дыр звездной массы - целых 20 000 - может дрейфовать внутрь по эонам и собираться вокруг Sgr A *. Этот недавний анализ с использованием данных Чандры является первым наблюдательным свидетельством такой огромной активности в черной дыре.
Черная дыра сама по себе невидима. Тем не менее, черная дыра - или нейтронная звезда - запертая на близкой орбите со звездой, будет вытягивать газ из своего спутника (астрономы называют эти системы «рентгеновскими бинарниками»). Этот материал попадает в диск и нагревается до миллионов градусов и производит рентгеновское излучение перед тем, как исчезнуть в черной дыре. Некоторые из этих рентгеновских бинарников появляются как точечные источники в изображении Чандры.
Команда исследователей, возглавляемая Чак Хейли из Колумбийского университета в Нью-Йорке, использовала данные Чандры для поиска рентгеновских бинарных файлов, содержащих черные дыры, которые расположены вблизи Sgr A *. Они изучили рентгеновские спектры - количество рентгеновских лучей, наблюдаемых при разных энергиях, - источников в течение около 12 световых лет Sgr A *.
Затем команда выбрала источники с рентгеновскими спектрами, аналогичными спектрам известных рентгеновских двойных систем, которые имеют относительно большое количество рентгеновских лучей с низкой энергией. Используя этот метод, они обнаружили четырнадцать рентгеновских двойников в течение примерно трех световых лет Sgr A *. Два рентгеновских источника, которые, вероятно, будут содержать нейтронные звезды, основанные на обнаружении характерных вспышек в предыдущих исследованиях, затем были исключены из анализа.
Десятки оставшихся рентгеновских двоичных файлов идентифицируются в помеченной версии изображения с использованием красных цветных кругов. Другие источники с относительно большим количеством рентгеновских лучей с высокой энергией помечены желтым цветом и в основном представляют собой бинарные файлы, содержащие белые карликовые звезды.
Хейли и его сотрудники пришли к выводу, что большинство из этих дюжин рентгеновских двойников, вероятно, содержат черные дыры. Количество изменчивости, которое они показали по срокам лет, отличается от ожидаемого для рентгеновских двойных систем, содержащих нейтронные звезды.
Только самые яркие бинарные рентгеновские лучи, содержащие черные дыры, могут быть обнаружены на расстоянии Sgr A *. Таким образом, обнаружение в этом исследовании подразумевает, что вокруг Sgr A * должно присутствовать гораздо более широкая популяция слабых необнаруженных рентгеновских двойников - по меньшей мере 300 и до тысяч - содержащих черных дыр звездной массы.
Эта популяция черных дыр со спутниками звезд вблизи Sgr A * могла бы дать представление о формировании рентгеновских двойников из близких столкновений между звездами и черными дырами. Это открытие может также способствовать дальнейшему исследованию гравитационных волн. Знание числа черных дыр в центре типичной галактики может помочь лучше предсказать, сколько гравитационных волновых событий может быть связано с ними.
При Sgr A * должно присутствовать еще более большая популяция черных дыр звездной массы без сопутствующих звезд. Согласно теоретической последующей работе Алексея Генерозова из Колумбии и его коллег, в центре Галактики должно существовать более 10 000 черных дыр, а в центральной части Галактики должно существовать 40 000 черных дыр.
Статья, описывающая эти результаты появились в 5 - го выпуска журнала Nature. Центр космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, руководит программой Чандры для Управления научной миссии НАСА в Вашингтоне. Смитсоновская астрофизическая обсерватория в Кембридже, штат Массачусетс, контролирует науку Чандры и операции полета.