Увидеть невидимое: астрономы поймали в телескоп одинокую черную дыру

Черные дыры — это то, что остается после смерти крупных звезд и коллапса их ядер. Они невероятно плотные с очень сильной гравитацией, которую не может покинуть даже свет, чтобы объект стал видимым. Может показаться, что черные дыры невидимы по определению. Но их все же можно обнаружить по тому, как они взаимодействуют с другими объектами во Вселенной.

Существует два метода. В «рентгеновских двойных звездах», где звезда и черная дыра вращаются вокруг общего центра, испуская рентгеновские лучи, гравитационное поле черной дыры может притягивать материал своего компаньона. Горячий материал ярко светится в рентгеновском свете, а затем исчезает. Также можно обнаружить пары черных дыр, когда они сливаются вместе, закручиваясь по спирали и испуская короткие вспышки гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени.

В 2019 году астрономы сделали первое в истории непосредственное фото черной дыры благодаря светящемуся в ее присутствии материалу. Однако большинство черных дыр — одиночки, которые дрейфуют в космосе, ни с чем не взаимодействуя. Это затрудняет их обнаружение.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что массивные объекты будут искривлять свет, когда он проходит мимо них. Это означает, что любой свет, проходящий очень близко к невидимой черной дыре, но недостаточно близко, чтобы оказаться внутри, будет преломляться подобно свету, проходящему через линзу. Эффект называется гравитационным линзированием. Его можно заметить, когда космический объект оказывается на одной линии с объектом заднего плана, преломляя его свет последнего. Этот метод уже используется для изучения космоса: от скоплений галактик до планет вокруг других звезд.

Авторы нового исследования как раз применили гравитационное линзирование для поиска черных дыр. Научная статья пока вышла только в препринте, ей предстоит рецензирование, она принята в Astrophysical Journal. Кратко об открытии сообщает Conversation.

Все началось с того, что ученые из Открытого университета (Великобритания) заметили свет от далекой звезды, который внезапно увеличился, ненадолго сделался ярче, а затем вернулся к нормальному состоянию. Однако они не заметили какой-либо объект на переднем плане, который создал бы гравитационное линзирование. Возможно, объект был одинокой черной дырой, которую никогда раньше не видели. Но это могла быть и просто слабая звезда.

Исследователи в течение шести лет, измеряли, как далеко движется вспыхнувшая звезда. Они рассчитали массу и расстояние до объекта, вызвавшего эффект линзы. В результате выяснилось, что его масса примерно в семь раз превышает массу нашего Солнца и он находится на расстоянии около 5000 световых лет. По космическим меркам это относительно близко. Звезда такого размера и с такого близкого расстояния должна была быть хорошо видна. Поскольку такого нет, астрономы пришли к выводу, что это одиночная черная дыра.

Современные телескопы с широким обзором позволят массово исследовать явления, которые меняются очень быстро. Невидимым черным дырам Галактики будет гораздо труднее спрятаться. Вместо того чтобы праздновать обнаружение одной, получится найти их так много, что это станет рутиной. Это позволит заполнить пробелы в понимании гибели звезд и образования черных дыр.