Исследователи обнаружили странную чёрную дыру - звездную пару, находку, которая может открыть нам глаза на миллионы новых черных дыр, которые до сих пор были спрятаны в космосе.
В течение многих лет ученые предполагали, что в нашей галактике существуют миллионы черных дыр. Однако исследователи часто могут обнаружить только черные дыры, которые находятся в двойных парах со звездами, в которых черная дыра вращается и выкачивает материю из звезды. Это происходит потому, что, когда черные дыры аккрецируют материю от своей звезды-партнера, они испускают яркие, легко различимые рентгеновские лучи.
Но многие черные дыры в этих парах не вращаются достаточно близко вокруг своей звезды, чтобы быстро накопить массу и испустить этот заметный сигнал, поэтому они и остаются незамеченными.
Однако в новом исследовании ученые продемонстрировали, как такие черные дыры могут быть замечены в ночном небе.
В ходе исследования ученые рассмотрели двойную звездную систему, состоящую из гигантской звезды 2MASS J05215658+4359220 и его спутника, который благодаря уникальному подходу они обнаружили. Это вероятно маломассивная черная дыра, сказал ведущий автор Тодд Томпсон, профессор кафедры астрономии в Университете штата Огайо.
Черная дыра в стоге сена
Чтобы обнаружить эту тусклую, маломассивную черную дыру, исследовательская группа "должна была разработать новый тип поиска", сказал Томпсон. Обнаружение неуловимой черной дыры было своего рода поиском иголки в стоге сена", добавил он.
Чтобы найти скрытую черную дыру, команда начала с изучения данных APOGEE, исследования, которое использует данные спектроскопии для поиска звезд на небе. После наблюдения более чем 100 000 звезд, команда определила, какие звезды имели значительное доплеровское смещение, или красное и синее смещение. Красное смещение появляется, когда длины волн света, исходят от объекта удаляющегося от наблюдателя, становятся длиннее, и объект кажется красным; синее смещение появляется, когда длины волн света, исходят от объекта приближающегося к наблюдателю, сокращаются, и объект кажется синим.
Команда объединила данные о звездах, демонстрирующих доплеровский сдвиг, с данными проекта All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), в рамках которого роботизированные телескопы по всему миру отслеживают ночное небо и собирают данные о миллионах звезд. С помощью этих данных ученые могут видеть яркость звезд с течением времени.
Исследователи сократили список звезд до тех, "которые показали самый экстремальный доплеровский сдвиг", сказал Томпсон. Затем они посмотрели на кривые блеска звезд или на то, как яркость этих звезд изменяется с течением времени в данных ASAS-SN.
"Сочетание этих двух факторов привело нас к этой конкретной звезде, этой гигантской звезде во внешней галактике", - сказал Томпсон о 2MASS J05215658+4359220.
Яркость звезды постоянно менялась, становясь все ярче и снова тускнея. Команда предположила, а позже подтвердила, что изменения яркости были связаны с орбитальным периодом объекта, вращающегося вокруг звезды, сказал Томпсон.
Когда они изучили систему дальше, исследователи определили, что объект должен иметь массу около 3,3 солнечных масс (хотя они дали довольно широкую погрешность, от 2,6 до 6,1 солнечных масс). Эта масса согласуется с черной дырой малой массы.
Раскрытие невидимого
Идентификация этой черной дыры, которая ранее не испускала ярких рентгеновских лучей, ранее избежала обнаружения астрономами, является важным шагом вперед в том, чтобы позволить исследователям более легко идентифицировать эти "скрытые" черные дыры, сказал Томпсон.
Эта черная дыра примерно в 3,3 раза больше массы Солнца. Это делает ее гораздо менее массивным, чем черные дыры в ярких рентгеновских системах, которые обычно имеют пять-шесть солнечных масс. Она также менее массивна, чем черные дыры, которые сливаются во Вселенной в гравитационных волнах, которые часто составляют от 20 до 30 солнечных масс, сказал Томпсон. "Существует очень мало или, возможно, нет систем, которые содержат черную дыру массой 3 или 3,3 [солнечных масс] ... это очень низкая масса для черной дыры", - сказал он.
Более того, если будет обнаружено, что этот объект имеет наименьшую возможную массу для черной дыры или это просто ошибка, то объект может оказаться нейтронной звездой - коллапсирующим ядром гигантской мертвой звезды - с максимальной массой, сказал Томпсон. И наоборот, если этот объект будет ближе к верхнему диапазону его оценочной массы, это добавит к определению того, что квалифицируется как черная дыра.
Другими словами, если черная дыра на самом деле имеет массу 3,3 солнечных масс, как полагают эти исследователи, это послужит доказательством предположения о том, что в космосе, возможно, есть много черных дыр, которые не испускают рентгеновские лучи.
"Это был наш первый кандидат", - сказал Томпсон, добавив, что команда " работает над поиском новых кандидатов, используя тот же метод поиска."
Работа была опубликована 31 октября в журнале Science.