Мы делим все известные черные дыры на две категории: маленькие черные дыры звездной массы с массой в несколько солнц и сверхмассивные черные дыры с массами в миллионы или миллиарды солнц. Астрономы ожидают, что чёрные дыры промежуточной массы, весящие 100-10 000 масс Солнца, также существуют, но прямых доказательств этого на сегодняшний день представлено не было. Сегодня астрономы объявили о новых доказательствах того, что в центре шарового скопления 47 Tucanae скрывается черная дыра промежуточной массы (CDMP) с массой в 2200 солнц. Работа появится 9 февраля 2017 года в престижном научном журнале Nature.
47 Tucanae — это шаровидное скопление, возраст которого составляет 12 миллиардов лет. Он расположен в 13 000 световых лет от Земли в направлении южного созвездия Тукана. В сфере диаметром всего 120 световых лет находятся тысячи звезд. Внутри также находится около 24 пульсаров, которые были важной целью этого исследования.
В прошлом было исследовано, есть ли черная дыра в центре 47 Tucanae, но безуспешно. В большинстве случаев черные дыры обнаруживаются путем наблюдения рентгеновских лучей, исходящих от горячего диска вещества, вращающегося вокруг него. Этот метод эффективен только при поиске черных дыр, питающихся газом соседних звезд. Center 47 Tucanae не содержит газа. Там не могла скрываться голодная черная дыра.
Сверхмассивная черная дыра в Млечном Пути дает о себе знать, воздействуя на близлежащие звезды. Годы наблюдений в инфракрасном диапазоне выявили горстку звезд в нашем галактическом центре, вращающихся вокруг невидимых объектов с сильным гравитационным притяжением. Однако многолюдный центр 47 Tucanae не позволяет увидеть движение отдельных звезд.
Новое исследование опирается на две линии доказательств. Во-первых, это общее движение звезд в этом скоплении. Окружение шаровых скоплений настолько плотное, что тяжелые звезды стремятся слиться в центре скопления. Черные дыры промежуточной массы в центрах шаровых скоплений увеличивают скорость и расстояние до звезд. Это дает тонкий сигнал, который астрономы могут измерить.
Вторая линия доказательств исходит от пульсаров, плотных остатков мертвых звезд, чьи радиосигналы легко обнаруживаются. Эти объекты также рассеиваются гравитацией CDMP, а это значит, что их можно обнаружить на больших расстояниях от центра скопления, чем можно было бы ожидать, если бы внутри скопления не было черных дыр.
В совокупности данные свидетельствуют о том, что внутри находятся 47 CDMP Tucanae с массой примерно 2200 солнечных масс. Поскольку эта черная дыра так долго ускользала от исследователей, подобные CDMP могут скрываться и в других шаровых скоплениях.