Анализ рентгеновских наблюдений позволил астрофизикам точно описать, как черная дыра поглощает звезду. Между прочим, это неопровержимое доказательство существования важной разновидности черных дыр.
Черные дыры не питаются аккуратно - они оставляют после себя остатки. Когда сила притяжения черной дыры приближает звезду, она растягивает ее, как жевательную резинку. Астрофизики говорят о «спагеттификации», потому что черная дыра может превратить любую материю в нечто, напоминающее спагетти. Когда звезда пожирается по частям, возникает необычно сильная вспышка излучения.
В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, астрономы Стюардской обсерватории Аризонского университета во главе с доктором Сиксанг Веном описывают, как они использовали такой рентгеновский всплеск для измерения черной дыры J2150. Это первый раз, когда измеряются масса и скорость вращения черной дыры. Кроме того, эта черная дыра считается важной для астрофизиков.
Тот факт, что нам удалось зафиксровать то, как черная дыра поглощает звезду, было невероятным шансом наблюдать что-то, что обычно невидимо, - говорит проф. Анн Заблудофф, астроном и соавтор работы.
Черные дыры бывают маленькими и сверхмассивными. Где посредники?
Мы знаем, что есть черные дыры, созданные коллапсом массивных звезд. Они имеют массу от нескольких до сотен солнечных масс. В центрах галактик обитают настоящие монстры массой до нескольких сотен миллионов солнечных масс. Однако существует не так много свидетельств существования черных дыр промежуточных масс, от ста тысяч до ста тысяч солнечных масс.
Всего два года назад детекторы гравитационных волн LIGO и Virgo зарегистрировали эхо столкновения двух черных дыр, зарегистрированное как GW190521. В прошлом году ученые сообщили, что открыли одну черную дыру с массой 140 солнечных масс.
Астрономы из Университета Аризоны считают, что JS2150 тоже должна быть такой черной дырой промежуточной массы. Однако на этот раз ученым удалось изучить не только эхо после ее образования, но и саму черную дыру. Её аппетит помог им.
Почему J2150 должна быть черной дырой средней массы
Анализ рентгеновской вспышки J2150 показал, что она согласуется с результатами математических моделей. Это должно было сопровождать «поглощение» звезды черной дырой промежуточной массы. По оценке астрофизиков, эта черная дыра должна быть примерно в 10 000 раз больше массы Солнца.
Рентгеновское излучение диска от остатков поглощенной звезды позволило нам оценить скорость вращения этой черной дыры и классифицировать ее как одну из черных дыр промежуточной массы, - говорит доктор Вен.
Многие из этих вспышек астрономы видели раньше, но все они были зарегистрированы в центрах галактик, где находятся сверхмассивные черные дыры. До сих пор наблюдения никогда не были достаточно подробными, чтобы обнаружить вспышку в крошечной галактике, где черная дыра должна быть меньше. Массы черных дыр соотносятся с массами галактик - в больших они могли бы вырасти больше, если бы у них было больше «еды».
Трудно обнаружить черную дыру с массой менее миллиона Солнц
Мы все еще очень мало знаем о черных дырах в центрах галактик меньше Млечного Пути, - сказал Питер Йонкер из нидерландского университета Радбауд и нидерландского института космических исследований SRON. - Ограниченные возможности наблюдения таких объектов затрудняют открытие черной дыры с массой менее миллиона Солнц, - добавляет исследователь.
Почему эти черные дыры промежуточной массы так важны для астрономов и физиков? В основном потому, что мало что известно о том, как могут образовываться гигантские сверхмассивные черные дыры, объясняет Джонкер. Вероятно, они возникают в результате слияния более мелких черных дыр во время столкновений галактик.
Если мы сможем более точно определить, сколько черных дыр промежуточной массы существует в космосе, мы также сможем определить, какие теории образования сверхмассивных черных дыр верны, - добавляет астрофизик.
J2150 вращается медленнее, чем позволяет теория
Что еще больше взволновало исследователей, так это то, что они смогли измерить скорость вращения J2150. Проф. Заблудов объясняет, что описываемая ими черная дыра вращается медленнее, чем позволяет теория. Не исключено, что это результат того, что она возникла не так давно в результате слияния двух черных дыр. Скорее исключено, что она долго росла, медленно питаясь падающими на нее газом и пылью.
Измеряя скорость вращения J2150, можно будет лучше понять не только черные дыры. Она также может предоставить физикам интересную информацию о поведении материи.
Одна из гипотез относительно темной материи - существование так называемых сверхлегких бозонов, - объясняет Николас К. Стоун из Еврейского университета в Иерусалиме, соавтор работы в «Астрофизическом журнале».
Если такие частицы существуют и имеют массу в определенном диапазоне, они будут препятствовать слишком высокому вращению таких черных дыр промежуточной массы. Наше измерение скорости вращения J2150 исключает существование широкого класса таких частиц и показывает, насколько важно изучать черные дыры. По словам Стоуна, это внеземные лаборатории для исследований физики элементарных частиц.
Как создать «перепись» черных дыр во Вселенной
Астрономы надеются увидеть больше таких космических событий. Исследователи объяснили, что если окажется, что большинство карликовых галактик содержат черные дыры промежуточных масс, наблюдение за их вспышками позволит провести «учет» таких дыр во Вселенной.
На данный момент, однако, это первое подобное наблюдение. Особые надежды они возлагают на новых ученых в обсерватории им. Веры К. Рубин, работу которой планируется начать в конце следующего года. Зеркало телескопа в этой обсерватории будет иметь уникальный дизайн. Это позволит наблюдать большее поле, чем предыдущие телескопы такого размера. Астрономы и физики получат в свое распоряжение кладезь новых данных.
Источники: Университет Аризоны, Astrophysical Journal
