Возможно, мы обнаружили редкую черную дыру «недостающее звено» на нашем собственном небесном заднем дворе

В сердце звездного шара, дрейфующего в Млечном Пути, скрывается чудовище.

Шаровое скопление, известное как Мессье 4, расположено примерно в 6 000 световых лет от нас и похоже сгруппировано вокруг черной дыры. примерно в 800 раз больше массы нашего Солнца.

Это не легковес, но и далеко не колосс. На самом деле этот объект находится в редко встречающемся промежуточном диапазоне масс между меньшими черными дырами и сверхмассивными дросселями.

Пока что наши единственные обнаружения этих промежуточных черных дыр в основном были косвенными и неубедительными, и этот не является исключением.

Однако это один из лучших кандидатов, и он достаточно близок, чтобы можно было относительно легко провести последующее исследование. Это могло бы помочь нам окончательно найти один из этих неуловимых объектов и разгадать одну из самых загадочных загадок черной дыры.

«Наука редко открывает что-то новое в одно мгновение», — говорит астроном Тимо Прусти из Европейское космическое агентство. «Речь идет о том, чтобы шаг за шагом становиться более уверенным в выводах, и это может стать одним из шагов к уверенности в том, что черные дыры промежуточной массы существуют».

Мы идентифицировали довольно большое количество черных дыр в Вселенной, и есть что-то очень странное в их массовом распределении. Есть две различные популяции: черные дыры звездной массы, примерно в 100 раз превышающие массу Солнца; и сверхмассивные черные дыры, которые находятся в сердцах галактик и имеют массу от миллионов до миллиардов солнц.

Между этими двумя диапазонами масс находится… очень много, совсем не очень, на самом деле. Это представляет собой большую загадку, которая в основном, почему, черт возьми, нет? Неужели нет черных дыр промежуточной массы? Или они где-то там, и мы просто не можем их обнаружить по какой-то причине?

Мы знаем, как формируются черные дыры звездной массы – коллапс ядра массивной звезды и слияние этих объектов. Но мы не так уверены в формировании сверхмассивных черных дыр. Растут ли они в результате последовательных слияний черных дыр меньшего размера или всасывают материал и увеличиваются в размерах?

Черные дыры промежуточной массы могли бы стать подсказкой, предполагающей, что они могут начинаться с малого и со временем увеличиваться. Это, безусловно, имело бы большой смысл, но их нехватка является довольно эффективным препятствием для этой идеи.

Одним из возможных мест, где могут скрываться эти черные дыры, являются сердца шаровых скоплений. Это невероятно плотные, удивительно сферические скопления от 100 000 до 1 миллиона или около того звезд, которые в основном образовались в одно и то же время из одного и того же газового облака. Предыдущие исследования, посвященные шаровым скоплениям, обнаружили высокие концентрации массы в их центрах, соответствующие диапазону масс черных дыр промежуточной массы.

Мессье 4 является ближайшим к Земле шаровым скоплением. Под руководством астронома Эдуардо Витраля из Научного института космического телескопа группа исследователей использовала два мощных космических телескопа, Хаббл и Гайя, чтобы внимательно изучить звезды внутри него. Они отследили движения около 6000 звезд в скоплении, чтобы выяснить, смогут ли они связать эти движения с орбитами вокруг небольшой плотной массы.

Обычно мы не можем видеть черные дыры, если они не активны. аккрецирующая материя, но эти орбиты могли бы стать довольно надежным ключом к разгадке. И их расчеты выявили что-то с массой около 800 масс Солнца. Хотя неясно, что это может быть за что-то.

«Используя последние данные Gaia и Хаббла, было невозможно отличить темную популяцию звездных остатков от одного более крупного точечного источника», — говорит Витрал. . «Поэтому одна из возможных теорий состоит в том, что эта темная масса может быть не множеством отдельных маленьких темных объектов, а одной черной дырой среднего размера».

Чтобы сузить круг, команда провела моделирование. , удаляя звезды, чтобы увидеть, как это меняет форму массы. Удаление одной особенно быстро движущейся звезды привело к тому, что масса распространилась на большее расстояние, как вы можете видеть по рою меньших черных дыр и нейтронных звезд. Дальнейшее моделирование показало, что масса не распределена по достаточно большой области пространства, чтобы быть таким роем.

Кроме того, рой черных дыр будет настолько близко друг к другу, что, по сути, создаст беспорядок. . Гравитационные взаимодействия заставят звезды вылететь из скопления, размазав его span>хаотично по небу. Возможно, мы уже видели последствия этого в скоплении звезд под названием Паломар 5.

«У нас есть уверенность в том, что у нас есть очень крошечная область с большой концентрацией массы. Она примерно в три раза меньше, чем самая плотная темная масса, которую мы обнаружили ранее в других шаровых скоплениях», — говорит Витрал.«Хотя мы не можем полностью утверждать, что это центральная точка гравитации, мы можем показать, что она очень мала. звездный механизм, о котором мы просто не знаем, по крайней мере, в современной физике».

Таким образом, исключая новую физику или невидимые звезды, черная дыра промежуточной массы кажется наиболее вероятным объяснением на данный момент. Тем не менее, популяция черных дыр меньшего размера по-прежнему является реалистичным объяснением. Исследователи советуют продолжить наблюдения за скоплением с помощью телескопа «Хаббл» и космического телескопа Джеймса Уэбба, чтобы лучше ограничить движение звезд внутри него.

Результаты опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical. Общество.