Новый класс черных дыр найден в шаровом скоплении

Астрономы нашли крупную черную дыру там, где искать подобные объекты мало кто решался - в шаровом скоплении одной из ближайших к нам эллиптических галактик - NGC 4472 (M49) из скопления Девы (примерно в 50 миллионах световых лет от Земли). Эта находка имеет большое значение как с точки зрения изучения реальной динамики звездных скоплений, так и в плане возможного доказательства существования "промежуточного" класса черных дыр средней массы ('intermediate-mass' black holes - IMBHs), все рассуждения о котором до сих пор носили сугубо спекулятивный характер (ни одно открытие такого рода еще не было подтверждено).

О новом достижении сообщает в текущем выпуске (3 января) журнала Nature (статья называется "A black hole in a globular cluster") международная группа астрономов, руководимая Томасом Маккроуном (Thomas Maccarone) из британского Саутгемптоновского университета (University of Southampton), которая занималась анализом данных, полученных с европейского спутника XMM-Newton ("Ньютон").

Шаровые скопления представляют собой довольно плотно "упакованные" сообщества, состоящие из тысяч или даже миллионов старых звезд. Как правило, они обладают характерной сфероидальной формой. Многие ученые вообще сомневаются, что черные дыры могут "ужиться" с такой "толпой" звезд. Так, компьютерное моделирование показывало, что свежесформированная черная дыра должна сначала погрузиться в центр скопления, а затем за счет гравитационного взаимодействия с многочисленными звездами кластера получить мощный толчок, вынуждающий ее покинуть облюбованное место. Конечно, это произойдет далеко не сразу, однако шаровые скопления - объекты очень древние - им миллиарды лет, - и, казалось бы, у черных дыр нет никаких шансов продержаться такой долгий срок...

Однако новая работа предоставила астрономам первые убедительные свидетельства в пользу теории, согласно которой черная дыра все-таки может не только выжить в "звездных теснинах", но и благополучно там расти и развиваться.

Удивительно еще и то, насколько быстро удалось обнаружить первый из подобных объектов. "Мы готовились к длительному систематическому поиску среди тысяч шаровых скоплений в надежде обнаружить среди них хотя бы одну черную дыру, - говорит Маккроун. - Однако мы сразу же вытащили свой "счастливый билет", как только начали поиск. Это было всего лишь второе шаровое скопление, которое мы изучили".

Поиск, конечно же, будет продолжен, однако и одного случая уже достаточно, чтобы разрешить старый спор о возможности или невозможности существования черных дыр в шаровых скоплениях.

Как известно, есть два основных класса объектов, интерпретируемых как "черные дыры". Во-первых, это сверхмассивные ЧД, содержащие массу миллионов и даже миллиардов солнц, - они содержатся в ядрах большинства галактик, включая наш собственный Млечный путь. В экстремальном случае (когда галактика совсем небольшая, а ее ядро чрезвычайно активно), получается квазар, такие квазары светят нам с самого края Вселенной, свет от них до Земли добирается многие миллиарды лет. Черные дыры более скромных, "звездных" габаритов (под размерами ЧД обычно подразумевают размеры ее "горизонта событий" - то есть сферы, из-под которой не в силах вырваться ни материальное тело, ни излучение) содержат массу приблизительно десятка солнц. Они рождаются в результате коллапса ядра массивных звезд на последних стадиях звездной эволюции. Наша Галактика, по всей видимости, содержит миллионы черных дыр этого второго типа. А вот в центрах шаровых скоплений могут обитать неведомые нам пока черные дыры-"середнячки" массой в сотни солнц. Если такой черной дыре удастся быстро вырасти, то изгнать ее станет уже совсем не просто.

Сами черные дыры, конечно же, совершенно невидимы. Однако в их окрестностях периодически протекают различные процессы, информация о которых все-таки доходит до земных телескопов. Образно говоря, черная дыра выдает себя в тот момент, когда "кормится". Вещество, устремляющееся к черной дыре, разогревается до чрезвычайно высоких температур и начинает ярко светиться, в том числе и в рентгеновском диапазоне.

XMM-Newton (запущен в декабре 1999 года), специализирующийся на переменных рентгеновских источниках, способен очень эффективно искать такие объекты сразу на весьма обширных участках неба. А дополнительно воспользовавшись услугами рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" (Chandra), которая обладает превосходным угловым разрешением, группе Маккроуна удалось точно выявить местоположение нового рентгеновского источника и сопоставить его с оптическим изображением (чтобы доказать, что черная дыра действительно "пирует" в шаровом скоплении).

Источники:

Black hole boldly goes where no black hole has gone before - ESA News

Black hole boldly goes where no black hole has gone before - University of Southampton - News release

Black Hole Found in a Globular Star Cluster - Universe Today