Американски и австралийски астрофизици откриха кандидат за черни дупки със средна маса. Те са получили това име, защото са по-тежки от обикновените - тоест тези, образувани в резултат на гравитационния срив на звездите - обекти, но по-леки от свръхмасивни черни дупки, обикновено разположени в активните ядра на големи галактики. Произходът на необичайните предмети все още не е ясен. "Lenta.ru" говори за черни дупки на междинните маси и откриването на учени.
Повечето от черните дупки, известни на учените - тоест предмети, които без значение могат да оставят (игнорирайки квантовите ефекти), са или черни дупки със звездна маса, или супермасивни черни дупки. Произходът на тези гравитационни обекти е грубо ясен за астрономите. Първите, както подсказва името им, представляват последния етап от еволюцията на тежките светила, когато термоядрените реакции престанат в техните дълбочини. Те са толкова тежки, че не се превръщат в бели джуджета или неутронни звезди.
Малки звезди като Слънцето се превръщат в бели джуджета. Тяхната сила на гравитационно компресиране се балансира от електромагнитното отблъскване на електронно-ядрената плазма. При по-тежките звезди гравитацията се ограничава от налягането на ядрената материя, което води до неутронни звезди. Ядрото на такива обекти се образува от неутронна течност, която е покрита с тънък плазмен слой от електрони и тежки ядра. И накрая, най-тежките светила се превръщат в черни дупки, което перфектно се описва от общата относителност и статистическа физика.
Кълбовиден звезден клъстер 47 Тукан
Снимка: НАСА / ЕКА / Наследство на Хъбъл
Ограничителната стойност на масата на бялото джудже, която му пречи да се превърне в неутронна звезда, е оценена през 1932 г. от индийския астрофизик Субраманиан Чандрасехар. Този параметър се изчислява от състоянието на равновесие на изродения електронен газ и гравитационните сили. Сегашната стойност на границата на Чандрасехар се изчислява на около 1,4 слънчеви маси. Горната граница на масата на неутронна звезда, при която тя не се превръща в черна дупка, се нарича границата на Опенхаймер-Волков. Определя се от равновесното състояние на налягането на изродилия се неутронен газ и силите на гравитация. През 1939 г. учените получават стойността му при 0,7 слънчеви маси; съвременните оценки варират от 1,5 до 3,0.
Най-масивните звезди са 200-300 пъти по-тежки от Слънцето. По правило масата на черна дупка, произхождаща от звезда, не надвишава този порядък. В другия край на скалата са свръхмасивни черни дупки - те са стотици хиляди или дори десетки милиарди пъти по-тежки от Слънцето. Обикновено такива чудовища са разположени в активните центрове на големи галактики и оказват решаващо влияние върху тях. Въпреки факта, че произходът на свръхмасивни черни дупки също повдига много въпроси, към днешна дата са открити достатъчно такива обекти (по-строго - кандидати за тях), за да не се съмнява в тяхното съществуване.
Промоционално видео:
Например в центъра на Млечния път, на разстояние 7,86 килопарсека от Земята, е най-тежкият обект в Галактиката - свръхмасивният черен отвор Стрелец А *, който е повече от четири милиона пъти по-тежък от Слънцето. В близката голяма звездна система, мъглявината Андромеда, е още по-тежък обект: свръхмасивна черна дупка, която вероятно е 140 милиона пъти по-тежка от Слънцето. Астрономите изчисляват, че след около четири милиарда години, супермасивна черна дупка от мъглявината на Андромеда ще погълне такава от Млечния път.
Черна дупка със средна маса (представена от художника)
Изображение: CfA / M. Weiss
Този механизъм сочи към най-вероятния начин за образуване на гигантски черни дупки - те просто абсорбират цялата материя около тях. Остава обаче въпросът: съществуват ли в природата черни дупки на междинни маси - между звездна и свръхтежка? Наблюденията от последните години, включително тези, публикувани в последния брой на списанието Nature, потвърждават това. В публикацията авторите съобщават за откриването на вероятен кандидат за черни дупки със средна маса в центъра на кълбовидния звезден куп 47 Toucan (NGC 104). Прогнозите показват, че той е около 2,2 хиляди пъти по-тежък от Слънцето.
Клъстер 47 Тукан се намира на 13 хиляди светлинни години от Земята в съзвездието Тукан. Този набор от гравитационно обвързани светила се отличава с голямата си възраст (12 милиарда години) и изключително високата яркост сред такива обекти (на второ място след омега Кентавър). NGC 104 съдържа хиляди звезди, ограничени до условна сфера с диаметър 120 светлинни години (три порядъка по-малък от диаметъра на диска на Млечния път). Също в 47 Тукан има около двадесет пулсара - те се превърнаха в основен обект на изследване на учените.
Предишните търсения в центъра на NGC 104 за черна дупка не бяха успешни. Такива обекти се разкриват по индиректен начин, чрез характерните рентгенови лъчи, излъчвани от аккреционния диск около тях, образуван от нагрятия газ. Междувременно центърът на NGC 104 не съдържа почти никакъв газ. От друга страна, черна дупка може да бъде открита чрез нейния ефект върху звездите, които се въртят в близост до нея - нещо подобно е възможно да се изследва Стрелец А *. Въпреки това, дори и тук учените бяха изправени пред проблем - центърът на NGC 104 съдържа твърде много звезди, за да могат да разберат техните отделни движения.
Паркира радио телескоп
Снимка: David McClenaghan / CSIRO
Учените се опитват да заобиколят и двете трудности, като в същото време не изоставят обичайните методи за откриване на черни дупки. Първо астрономите анализираха динамиката на звездите от целия кълбовиден клъстер като цяло, а не само на онези звезди, които са близо до центъра му. За да направите това, авторите взеха данни за динамиката на светилата на 47 Toucan, събрани по време на наблюдения от радиоапаратурата на Австралийския парк Parkes. Учените използваха получената информация за компютърно моделиране в рамките на гравитационния проблем на N телата. Той показа, че в центъра на NGC 104 има нещо, което по характеристики наподобява черна дупка със средна маса. Това обаче не беше достатъчно.
Изследователите решили да изпробват своите открития върху пулсари - компактни останки от мъртви звезди, радиосигналите на които астрономите са се научили да проследяват доста добре. Ако NGC 104 съдържа черна дупка със средна маса, пулсарите не могат да бъдат разположени твърде близо до центъра на 47 Toucan - и обратно. Както се очаква от авторите, първият сценарий беше потвърден: местоположението на пулсарите в NGC 104 корелира добре с факта, че в центъра на клъстера има черна дупка със средна маса.
Авторите смятат, че гравитационните обекти от този вид могат да бъдат разположени в центровете на други кълбовидни клъстери - вероятно там, където вече са или не са търсени. Това ще изисква внимателно обмисляне на всеки от тези клъстери. Каква роля играят черните дупки с междинна маса и как са възникнали те? Все още не е известно със сигурност. Въпреки многото варианти за по-нататъшната им еволюция, съавторът на изследването Бюлент Кизилтан смята, че „те може да са оригиналните семена, прераснали в чудовища, които днес виждаме в центровете на галактиките“.
Юрий Сухов