Изображение сгенерировано ИИ.
Изучая звездное скопление, расположенное вблизи сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики (Стрелец А*), исследователи обнаружили еще одну черную дыру промежуточной массы, крайне редкого типа. Необычное движение звезд, а также присутствие ионизированного газа, движущегося с высокой скоростью, могут стать явным свидетельством существования черной дыры в центре скопления.
Черные дыры рождаются в результате гравитационного коллапса звезд-гигантов, масса которых в среднем в 25 раз превышает массу Солнца. Они растут за счет энергии окружающего их газа и пыли или за счет слияния с другими черными дырами. Большинство из них имеют либо звездную массу (от 10 до нескольких десятков масс Солнца), либо сверхмассивные (от нескольких миллионов до десятков миллиардов масс Солнца).
С другой стороны, черные дыры промежуточной массы (от 100 до 100 000 масс Солнца) встречаются крайне редко. На сегодняшний день в наблюдаемой Вселенной обнаружено только около десяти. Однако, если черные дыры развиваются за счет постепенного снабжения газом и пылью или другими черными дырами, логически должно быть больше промежуточных черных дыр. Почему эти черные дыры так редки, остается загадкой.
С другой стороны, эти черные дыры особенно трудно обнаружить, потому что, в отличие от сверхмассивных, они обычно не окружены достаточным количеством материи, чтобы иметь хорошо видимый аккреционный диск (сияющий диск из ионизированной материи, который обычно окружает черные дыры). Другими словами, они практически невидимы.
Астрофизики считают, что промежуточные черные дыры образовались вскоре после Большого взрыва и выступают в роли «семян черных дыр», сливаясь вместе и превращаясь в сверхмассивные черные дыры. На самом деле ни одна звезда не может быть достаточно массивной, чтобы образовать такие черные дыры.
Новое исследование команды из Кельнского университета (Германия), в котором сообщается о промежуточной черной дыре в непосредственной близости от нашего галактического центра, согласуется с этой гипотезой. Эта черная дыра будет взаимодействовать, в частности, со Стрельцом А* и потенциально может сыграть ключевую роль в его росте и эволюции. Результаты этого исследования подробно описаны в журнале The Astrophysical Journal.
Изображение, показывающее расположение IRS 13 по отношению к Стрельцу А*.
Необычные движения звезд
Чтобы обнаружить промежуточную черную дыру, ученые в новом исследовании сосредоточились на звездном скоплении IRS 13, расположенном всего в 0,1 светового года от центра нашей галактики. Это загадочное и удивительно компактное скопление, которое первоначально было идентифицировано как необычно массивная звезда. «Это удивительное звездное скопление продолжает удивлять научное сообщество с тех пор, как было открыто около двадцати лет назад«, — объясняет Флориан Пайскер, ведущий автор исследования, в пресс-релизе Кельнского университета. Однако недавние наблюдения с высоким разрешением показали, что это на самом деле сложная кластерная структура.
Кроме того, предыдущие наблюдения показали, что скопление является активным местом звездообразования и что его плотность гораздо выше, чем предполагалось ранее. Авторы нового исследования предполагают, что это связано с гравитационным притяжением Стрельца A*.
С другой стороны, исследователи также предположили, что должен существовать механизм, позволяющий IRS 13 сохранять компактную структуру. На самом деле, по логике, она должна быть бесструктурной, а не компактной, учитывая ее близость к Стрельцу A* и интенсивное гравитационное притяжение, которое возникает в результате.
Чтобы расшифровать этот механизм, исследователи провели многоволновые наблюдения с помощью Очень большого телескопа в Чили, а также с помощью телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array и рентгеновского космического телескопа Chandra.
Выяснилось, что звезды в скоплении IRS 13 движутся необычным и упорядоченным образом. «Изучение около 50 отдельных звездных орбит выявило новую структуру, которая не следует ни одной из известных в литературе закономерностей«, — пишут исследователи в своем отчете. Звезды в скоплении обычно располагаются беспорядочно. Затем исследователи предположили, что такая закономерность обусловлена либо гравитационным взаимодействием со Стрельцом А*, либо массивным объектом, расположенным в центре скопления и сохраняющим свою компактную структуру и координирующим движение своих звезд.
Кроме того, движения звезд указывают на то, что в центре IRS 13 есть, казалось бы, незанятое пространство. Однако другие данные наблюдений указывают на то, что масса скопления в 30 000 раз превышает массу Солнца и превосходит массу любого другого известного звездного скопления в Млечном Пути. Кроме того, центральная часть скопления окружена кольцом, испускающим интенсивное рентгеновское излучение, характерное для ионизированного газа, вращающегося со скоростью несколько сотен километров в секунду, что говорит о наличии аккреционного диска.
Исследователи пришли к выводу, что в центре IRS 13 находится промежуточная черная дыра. «Благодаря данным высокого разрешения мы можем подтвердить состав составляющих элементов [скопления] с черной дырой средней массы в центре«, — говорит Пайскер.
В качестве следующего шага группа экспертов планирует продолжить изучение черной дыры с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» и Чрезвычайно большого телескопа, который в настоящее время строится в пустыне Атакама в Чили. Эти наблюдения могут пролить свет на то, почему промежуточные дыры встречаются так редко.
