«Волнующее открытие»: центр галактики кишит черными дырами
Не одна, а тысячи черных дыр находятся в центре нашей галактики Млечный путь. К такому выводу пришли ученые, считая отдельные рентгеновские фотоны, приходящие из этой области галактики.
Компактный и яркий радиоисточник Стрелец A*, находящийся в центре нашей галактики Млечный путь, известен астрономам с начала 1960-х годов, с самого зарождения радиоастрономии. Однако о том, что он из себя представляет, стало известно лишь спустя три десятилетия, когда ученые поняли, что в центре галактики находится сверхмассивная черная дыра массой в четыре миллиона масс Солнца.
Однако эта дыра не одинока, вокруг нее вращается газ, пыль, множество мелких компаньонов — обычных звезд — и более экзотических объектов, таких как нейтронные звезды и белые карлики, которые образуются в результате эволюции звезд.
Должны там присутствовать и небольшие черные дыры, рождающиеся либо вблизи галактического центра в результате коллапса тяжелых звезд, либо мигрирующие сюда извне.
Такие дыры должны иметь массу в 10-20 масс Солнца и более близкие по сравнению со звездами орбиты по отношению к центральной черной дыре. Однако мелкие черные дыры не излучают света и на фоне яркого галактического центра до последнего времени там замечены не были.
Проанализиров архивные данные космической рентгеновской обсерватории NASA Chandra, ученые под руководством Чака Хейли из Колумбийского университета обнаружили сразу 12 легких черных дыр в самом центре Млечного пути, на расстоянии всего нескольких световых лет от центральной черной дыры. Это открытие стало первым свидетельством существования так называемого «каспа» — пика плотности в распределении черных дыр в центре нашей галактики. Его существование вытекает из законов звездной динамики,
которые предполагают, что из-за трения мелкие черные дыры должны постепенно оседать к центральному источнику гравитации.
Заметить мелкие черные дыры звездных масс можно только в рентгеновском диапазоне – в том случае, если эти дыры образуют тесные двойные пары с обычными звездами и перетягивают на себя их вещество. Вращаясь внутри так называемого аккреционного диска вокруг дыры, это вещество нагревается и излучает рентгеновские фотоны, которые буквально поштучно и ловит телескоп Chandra.
Всего в центральном каспе, по предположению ученых, должно вращаться в тысячи раз больше таких звезд.
«Во всей галактике известно лишь не больше около пятидесяти черных дыр, и это на масштабе 100 тыс. световых лет. И 10-20 тыс. таких дыр должны быть в области размером шесть световых лет вокруг центра, которых никто не видел», — пояснил Хейли.
Идея о том, что невидимых черных дыр в тысячи раз больше, чем видимых, довольно проста. Она исходит из того, согласно существующим моделям, подкрепленным наблюдениями, лишь малая часть черных дыр имеет звездного компаньона, помогающего найти ее в рентгене – большая их часть летает в космическом пространстве в одиночестве и потому остается незамеченными.
Открытие множества черных дыр в центральной области Млечного пути стало доказательством гипотезы об их существовании, выдвинутой еще в 1993 году американским теоретиком Марком Моррисом, который в своей работе показал, что их там должны быть десятки тысяч. Спустя годы другие ученые в своих расчетах приходили к тем же выводам.
«Об этом даже не было особенных споров, поскольку это неизбежное следствие ньютоновской динамики, — пояснил Моррис. – Единственная проблема — это было трудно доказать». «Обнаружение на огромное число черных дыр в центре Млечного пути доказывает фундаментальное и важное предсказание галактической динамики, — радуется Хейли, автор статьи, опубликованной в журнале Nature. — Эти объекты также дают нам уникальную лабораторию по изучению того, как огромные черные дыры взаимодействуют с мелкими, ведь мы не можем изучать эти процессы в других, более далеких галактиках».
Сам Моррис, предсказавший рой черных дыр четверть века назад, назвал открытие «волнующим»,
но добавил, что из-за малого числа полученных фотонов некоторые из открытых черных дыр в действительности могут оказаться статистическим шумом. С этим согласен и Хейли, который допускает, что часть испущенных рентгеновских фотонов могла исходить не от дыр, а от быстро вращающихся нейтронных звезд, называемых миллисекундными пульсарами.
По словам ученых, открытие черных дыр вблизи галактического центра даст новых вектор исследований в гравитационно-волновой астрономии, которая стала развиваться лишь два года назад с открытием первых слияний черных дыр на детекторе LIGO.