Хаббл находит лучшее доказательство неуловимой черной дыры среднего размера

Астрономы нашли лучшее доказательство для лица, совершившего космическое убийство: черная дыра неуловимого класса, известного как «промежуточная масса», которая предала свое существование, разорвав странную звезду, которая прошла слишком близко.

При весе примерно в 50000 масс нашего Солнца черная дыра меньше сверхмассивных черных дыр (при миллионах или миллиардах солнечных масс), которые лежат в ядрах больших галактик, но больше, чем черные дыры звездной массы, образованные коллапс массивной звезды.

Эти так называемые черные дыры средней массы (IMBH) являются долгожданным «недостающим звеном» в эволюции черной дыры. Хотя было несколько других кандидатов в IMBH, исследователи считают эти новые наблюдения самым убедительным доказательством существования черных дыр среднего размера во вселенной.

Объединенная сила двух рентгеновских обсерваторий и острое видение космического телескопа Хаббла НАСА привели в порядок космического зверя.

«Черные дыры средней массы являются очень неуловимыми объектами, поэтому очень важно тщательно обдумать и исключить альтернативные объяснения для каждого кандидата. Именно это Хаббл позволил нам сделать для нашего кандидата», — сказал Дачен Лин из Университета Нового Хэмпшир, главный исследователь исследования. Результаты опубликованы 31 марта 2020 года в The Astrophysical Journal Letters .

История открытия читается как история о Шерлоке Холмсе, включающая в себя тщательное пошаговое построение дела, необходимое для того, чтобы поймать преступника.

Лин и его команда использовали Хаббла, чтобы проследить за лидерами из рентгеновской обсерватории Чандра НАСА и рентгеновской многозеркальной миссии Европейского космического агентства (XMM-Ньютон). В 2006 году эти спутники обнаружили мощную вспышку рентгеновского излучения, но они не смогли определить, возникла ли она изнутри или снаружи нашей галактики. Исследователи связывают это с тем, что звезда разрывается на части после приближения слишком близко к гравитационно мощному компактному объекту, подобному черной дыре.

Удивительно, но источник рентгеновского излучения, названный 3XMM J215022.4? 055108, не был расположен в центре галактики, где обычно находились массивные черные дыры. Это вселяло надежду на то, что IMBH был виновником, но сначала нужно было исключить еще один возможный источник рентгеновской вспышки: нейтронная звезда в нашей собственной галактике Млечный Путь, остывающая после нагревания до очень высокой температуры. Нейтронные звезды — это раздробленные остатки взорвавшейся звезды.

Хаббл был направлен на источник рентгеновского излучения, чтобы определить его точное местоположение. Глубокое изображение высокого разрешения дает убедительные доказательства того, что рентгеновское излучение исходит не от изолированного источника в нашей галактике, а вместо этого в отдаленном плотном звездном скоплении на окраине другой галактики — как раз того места, которое астрономы ожидают найти IMBH. Предыдущие исследования Хаббла показали, что масса черной дыры в центре галактики пропорциональна центральной выпуклости этой галактики. Другими словами, чем массивнее галактика, тем массивнее ее черная дыра. Следовательно, звездное скопление, в котором проживает 3XMM J215022.4? 055108, может быть урезанным ядром карликовой галактики с меньшей массой, которая была гравитационно и приливно разрушена из-за ее тесного взаимодействия с ее нынешним крупным галактическим хозяином.

IMBH было особенно трудно найти, потому что они меньше и менее активны, чем сверхмассивные черные дыры; у них нет легкодоступных источников топлива и сильного гравитационного притяжения для рисования звезд и другого космического материала, который мог бы вызвать контрольные рентгеновские свечения. Астрономы по сути должны поймать IMBH с поличным в акте сожжения звезды. Лин и его коллеги просмотрели архив данных XMM-Ньютон, ища сотни тысяч наблюдений, чтобы найти одного кандидата IMBH.

Рентгеновское свечение от измельченной звезды позволило астрономам оценить массу черной дыры в 50 000 солнечных масс. Масса IMBH была оценена на основе как рентгеновской светимости, так и спектральной формы. «Это гораздо надежнее, чем использование только рентгеновской светимости, как это обычно делалось ранее для предыдущих кандидатов в IMBH», — сказал Лин. «Причина, по которой мы можем использовать спектральные соответствия для оценки массы IMBH для нашего объекта, заключается в том, что его спектральная эволюция показала, что он находится в тепловом спектральном состоянии, состоянии, которое обычно можно увидеть и хорошо понять при аккреции черных дыр звездной массы».

Этот объект не первым считается вероятным кандидатом в черные дыры средней массы. В 2009 году Хаббл объединился с обсерваторией НАСА Swift и XMM-Newton ESA, чтобы определить, что интерпретируется как IMBH, называемый HLX-1, расположенный на краю галактики ESO 243-49. Он также находится в центре молодого массивного скопления голубых звезд, которое может быть урезанным ядром галактики-карлика. Рентгеновские лучи исходят от горячего аккреционного диска вокруг черной дыры. «Основное отличие состоит в том, что наш объект разрывает звезду на части, предоставляя убедительные доказательства того, что это массивная черная дыра, а не черная дыра звездной массы, о чем люди часто беспокоятся по поводу предыдущих кандидатов, включая HLX-1», — сказал Лин.

Обнаружение этого IMBH открывает возможность для еще большего количества скрывающихся в темноте скрытных, ожидающих, чтобы их выдала звезда, проходящая слишком близко. Лин планирует продолжить свою тщательную детективную работу, используя методы, которые его команда доказала, успешно. Многие вопросы остаются без ответа. Сверхмассивная черная дыра растет из IMBH? Как формируются сами IMBH? Являются ли плотные звездные скопления их любимым домом?

---

Источник истории:

Материалы предоставлены NASA / Центром космических полетов Годдарда . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Связанные мультимедиа :

• YouTube видео: Хаббл находит доказательства черной дыры среднего размера

---

Ссылка на журнал :

1. Даченг Лин, Джей Страдер, Аарон Дж. Романовски, Джимми А. Ирвин, Оливье Годе, Дидье Барре, Натали А. Уэбб, Йерун Хоман, Рональд А. Ремиллард. Многоволновое отслеживание гиперчувствительного кандидата черной дыры промежуточной массы 3XMM J215022.4−055108 . Астрофизический Журнал , 2020; 892 (2): L25 DOI: 10,3847 / 2041-8213 / ab745b