С 1970-х годов астрономы поняли, что Сверхмассивная черная дыра (SMBH) находится в центре Млечный путь . Эта черная дыра, расположенная примерно в 26000 световых лет от Земли между созвездиями Стрельца и Скорпиона, стала известна как Стрелец А * (Стрелец А *). Имея 44 миллиона километров в поперечнике, этот объект примерно в 4 миллиона раз массивнее нашего Солнца и обладает огромной гравитационной силой.
С того времени астрономы обнаружили, что в ядре большинства массивных галактик есть сверхмассивные чёрные дыры, что и разделяет те, которые имеют сверхмассивные чёрные дыры. Активные ядра галактик (AGN) от тех, кто этого не делает. Но благодаря недавний опрос проведено с использованием Рентгеновская обсерватория Чандра НАСА , астрономы обнаружили доказательства сотен или даже тысяч черных дыр, расположенных недалеко от центра Галактики Млечный Путь.
Исследование, в котором описываются их результаты, было недавно опубликовано в журнале.Природапод заголовком « Предел плотности покоящихся рентгеновских двойных систем в центральном парсеке Галактики «. Исследование возглавил Чак Хейли, профессор физики Pupin и содиректор Колумбийская астрофизическая лаборатория (CAL) в Колумбийском университете, включая членов Instituto de Astrofísica при Папском католическом университете Чили и Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики .
Центр галактики Млечный Путь, рентгеновские двойные системы обведены красным, другие рентгеновские источники обведены желтым, а Стрелец A * обведен синим в центре. Предоставлено: NASA / CXC / Колумбийский университет / C. Hailey et al.
Используя данные Чандры, команда искала рентгеновские двойные системы, содержащие черные дыры, которые находились поблизости от Sgr A *. Напомним, черные дыры не обнаруживаются в видимом свете. Однако черные дыры (или нейтронные звезды), которые находятся на близких орбитах со звездой, будут вытягивать материал от своих спутников, который затем накапливается на дисках черных дыр и нагревается до миллионов градусов.
Это приведет к испусканию рентгеновских лучей, которые затем можно будет обнаружить, поэтому эти системы называются «рентгеновскими двойными системами». Используя данные Чандры, команда исследовала рентгеновские лучи источников, которые находились примерно в 12 световых годах от Sgr A *. Затем они выбрали источники с рентгеновскими спектрами, подобными спектрам известных рентгеновских двойных систем, которые излучают относительно большое количество рентгеновских лучей с низкой энергией.
Используя этот метод, они обнаружили четырнадцать двойных рентгеновских лучей в пределах трех световых лет от Sgr A *, каждая из которых содержала черные дыры звездной массы (в 5–30 раз больше массы нашего Солнца). Два из этих источников были идентифицированы в ходе предыдущих исследований и исключены из анализа, в то время как остальные двенадцать (обведены красным на изображении выше) были открыты заново.
Другие источники, которые дают относительно большое количество рентгеновских лучей высокой энергии (помечены желтым цветом), считаются двойными системами, содержащими белые карлики. Хейли и его коллеги пришли к выводу, что большинство из дюжины рентгеновских двойных систем, вероятно, содержат черные дыры, исходя из их изменчивости и того факта, что их рентгеновское излучение в течение нескольких лет отличалось от того, что ожидается от двойных систем, содержащих нейтронные звезды.
Художник представил двойную черную дыру, состоящую из черной дыры, перекачивающей материал из своего компаньона. Предоставлено: ESO / L. Calçada
Учитывая, что вокруг Sgr A * (учитывая расстояние от Земли), вероятно, можно будет обнаружить только самые яркие рентгеновские двойные системы, содержащие черные дыры, Хейли и его коллеги пришли к выводу, что это обнаружение предполагает существование гораздо большей популяции. По их оценкам, вокруг Sgr A * может быть от 300 до тысячи черных дыр звездной массы.
Эти результаты подтвердили то, что теоретические исследования динамики звезд в галактиках указывали в прошлом. Согласно этим исследованиям, большая популяция черных дыр звездной массы (до 20 000) могла дрейфовать внутрь в течение миллионов лет и собираться вокруг сверхмассивной черной дыры. Однако недавний анализ, проведенный Хейли и его коллегами, был первым наблюдательным свидетельством скопления черных дыр около Sgr A *.
Естественно, авторы признают, что есть и другие объяснения обнаруженного ими рентгеновского излучения. Это включает возможность того, что половина из дюжины источников, которые они наблюдали, являются миллисекундными пульсарами - очень быстро вращающимися нейтронными звездами с сильными магнитными полями. Однако, основываясь на своих наблюдениях, Хейли и его команда решительно поддерживают объяснение черной дыры.
Кроме того, дополнительное исследование, проведенное Алексеем Генерозовым (и др.) Из Колумбийского университета, под названием « Избыток двойных рентгеновских лучей черных дыр в центре Галактики по данным приливных захватов »- указывает на то, что в центре нашей галактики может быть от 10 000 до 40 000 двойных черных дыр. Согласно этому исследованию, эти двойные системы могут быть результатом захвата компаньонов черными дырами.
Художественное впечатление от слияния двойных черных дыр. Предоставлено: LIGO / A. Симонне.
Это исследование не только раскрывает многое о динамике звезд в нашей галактике, но и имеет значение для развивающейся области гравитационная волна (GW) исследования. По сути, зная, сколько черных дыр находится в центре галактик (которые будут периодически сливаться друг с другом), астрономы смогут лучше предсказать, сколько событий гравитационных волн связано с ними.
Исходя из этого, астрономы могут создавать предсказательные модели о том, когда и как могут произойти события GW, а также определять, какую роль они могут играть в галактической эволюции. А с инструментами следующего поколения, такими как Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и ЕКА Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий (ATHENA) - астрономы смогут точно определить, сколько черных дыр находится недалеко от центра нашей галактики.
Дальнейшее чтение: НАСА
