Неуловимая черная дыра с недостающим звеном пожирает звезду

Измеряя рентгеновское излучение, когда звезда была разорвана гравитацией, астрономы определили, что черная дыра - невероятно неуловимое чудовище: черная дыра средней массы, находящаяся между легковесами звездных масс и сверхмассивными тяжелыми массами.

Ученые считают, что черные дыры промежуточной массы (IMBHs) могут быть невероятно распространенными, но по какой-то причине они доказали свою способность уклоняться от обнаружения, поэтому это открытие является настоящим призом - тем, что представляет собой не только уникальную лабораторию физики астрономических частиц, но и может помогите нам разгадать тайну того, как сверхмассивные черные дыры достигают своих огромных размеров.

"Тот факт, что мы смогли поймать эту черную дыру, когда она пожирала звезду, дает замечательную возможность наблюдать то, что в противном случае было бы невидимым", - сказала астроном Энн Заблудофф из Университета Аризоны.

"Мало того, анализируя вспышку, мы смогли лучше понять эту неуловимую категорию черных дыр, которая вполне может составлять большинство черных дыр в центрах галактик".

Хотя границы между IMBH и сверхмассивными черными дырами (SMBH) в настоящее время не очень хорошо определены, черные дыры промежуточных масс обычно считаются больше, чем типичная коллапсирующая звезда или звездная черная дыра (до сотни солнечных масс), но не сверхмассивные (от миллиона до миллиарда раз больше массы, чем у типичной звездной черной дыры).

На сегодняшний день очевидна нехватка обнаружений в диапазоне масс IMBH. На данный момент астрономам удалось исключить несколько наблюдений, которые предполагают наличие IMBH, но моделирование предполагает, что их должно быть гораздо больше.

Черные дыры, обычно невидимые, проявляются, когда что-то вроде звезды приближается слишком близко. Затем огромная приливная сила черной дыры - продукт ее гравитационного поля - сначала растягивается, а затем тянет звезду с такой силой, что она разрывается на части.

Это приливное срывное событие (TDE) вызывает яркую вспышку света, прежде чем обломки распавшейся звезды постепенно исчезнут за горизонтом событий черной дыры.

Событие такого рода, получившее название 3XMM J215022.4−055108 (для краткости J2150), наблюдалось в 2003 году в центре звездного скопления на окраине галактики, удаленной от нас на 740 миллионов световых лет. В течение 10 лет яркая вспышка исчезла, предоставив множество данных о событии.

Возглавляемая астрономом Сиксанг Вэном из Университета Аризоны, новая команда повторно проанализировала данные, сравнив их со сложными теоретическими моделями, чтобы более точно измерить массу и вращение черной дыры. Они обнаружили, что виновник находится на отметке около 10 000 солнечных масс.

И, что интересно, она очень быстро крутится. Исследователи смогли использовать это быстрое вращение, чтобы исследовать природу темной материи. Мы не знаем, что такое темная материя, но знаем, что, если бы она состояла из гипотетических частиц, называемых сверхлегкими бозонами, черная дыра не могла бы вращаться с такой скоростью, как наблюдается.

Быстрое вращение черной дыры также дает некоторые подсказки относительно того, как она росла.

"Возможно, черная дыра образовалась таким образом и с тех пор не сильно изменилась, или две черные дыры промежуточной массы недавно слились, чтобы сформировать эту".

Мы знаем, что в результате слияния могут образоваться черные дыры в промежуточном диапазоне масс; одна такая была обнаружена в 2019 году, в результате чего образовалась черная дыра, в 142 раза превышающая массу Солнца. Мы не знаем, как часто это происходит и могут ли черные дыры достичь такого размера только так. Нам нужно будет найти больше, чтобы понять это.

Одно из мест, где мы можем их найти, - это центры карликовых галактик. Мы знаем, что центры почти всех галактик с массой Млечного Пути или более крупных сверхмассивных черных дыр, и что масса черной дыры пропорциональна массе сферического распределения звезд, сосредоточенных в середине галактики, известной как его выпуклость. Само собой разумеется, что меньшие галактики должны иметь меньшие черные дыры, но на самом деле их наблюдение оказалось сложной задачей. Но если большинство карликовых галактик вращается вокруг ЧДМ, то мы могли бы обнаружить их по вспышкам приливных срывов. Во-первых, нам нужно увеличить уровень обнаружения, но будущие инструменты должны это значительно улучшить.

"Подгоняя рентгеновское излучение от этих вспышек к теоретическим моделям, мы можем провести перепись населения черных дыр промежуточных масс во Вселенной", - сказал Вэнь.