Вчені століттями чекали, щоб знайти «відсутню ланку» чорної діри – і ось натрапили відразу на дві.
Десятиліттями астрономи безуспішно шукали ознаки чорних дір «відсутньої ланки», так званих чорних дір з масами між «чорними дірами зоряної маси» і «надмасивними чорними дірами». Перші розкидані по всьому Всесвіту, а другі є космічними титанами, які домінують у серцях галактик – але коли мова йде про чорні діри середньої маси, вчені бачили докази існування лише близько десяти.
Вчені оголосили, що, використовуючи дані космічного телескопа «Габбл», вони виявили беззаперечні докази існування чорної діри середньої маси в Омега Центавра – залишках галактики, яку поглинув Чумацький Шлях.
Окрема група дослідників виявила докази існування ще однієї чорної діри середнього розміру, цього разу поблизу надмасивної чорної діри Стрілець A* (Sgr A*) в самому серці Чумацького Шляху, на відстані близько 27 000 світлових років від Землі.
Команда під керівництвом Флоріана Пейскера з Кельнського університету виявила цю чорну діру середньої маси під час оцінки зоряного скупчення IRS 13, розташованого на відстані близько 0,1 світлового року від Sgr A*.
«IRS 13, схоже, є важливим будівельним блоком для зростання нашої центральної чорної діри Sgr A*, – сказав Пейскер. – Це захоплююче зоряне скупчення продовжує дивувати наукову спільноту з того часу, як його було відкрито близько двадцяти років тому. Спочатку вважалося, що це надзвичайно важка зірка. Однак завдяки даним високої роздільної здатності ми тепер можемо підтвердити, що це скупчення складається з будівельних блоків з чорною дірою середньої маси в центрі».
Відомо, що чорні діри зоряної маси від п’яти до 100 сонячних мас утворюються внаслідок колапсу зірок, маса яких щонайменше у вісім разів перевищує масу нашої зірки. Надмасивні чорні діри, однак, повинні мати інше походження, оскільки жодна зірка не може бути достатньо масивною, щоб зруйнуватися і залишити після себе залишок у мільйони або навіть мільярди разів масивніший за Сонце.
Ця інформація наштовхнула вчених на теорію, що надмасивні чорні діри повинні народжуватися в результаті ланцюжків злиття все більших і більших чорних дір. Вважається також, що ці космічні титани ростуть, активно поглинаючи матерію навколо себе, включаючи будь-яку зірку, яка блукає надто близько, і її подрібнюють, а потім запроторюють у чорну діру під час так званої «події приливного розриву», або «ППР».
Це означає, що в космосі має існувати популяція «насіння» чорних дір, які існують у величезному проміжку між чорними дірами зоряної маси і надмасивними чорними дірами, які ще не досягли «надмасивного статусу», але все ще надто масивні, щоб утворитися із зірки, що колапсує. Проте, ці чорні діри проміжної маси виявити дуже складно.
Як і всі чорні діри, чорні діри проміжної маси обмежені «поверхнею», що затримує світло, яка називається горизонтом подій. Завдяки цій межі між спостережуваним всесвітом і тим, що знаходиться всередині чорної діри, не тільки неможливо, щоб якийсь сигнал потрапив зсередини чорної діри у ширший космос, але й фактично неможливо «побачити» чорну діру. Тобто, якщо тільки вона не розриває зорі на яскраві наднові або не поглинає речовину навколо себе, яка б нагрівалася і яскраво світилася.
Однак, чорні діри середньої маси не змогли досягти надмасивних розмірів, тому що вони не оточені великою кількістю матеріалу, яким вони могли б харчуватися, тому вони не демонструють яскравих випромінювань світла в своєму оточенні, а це означає, що вони майже повністю темні. Тому вченим доводиться використовувати хитромудрі методи, щоб виявити неживильні чорні діри середньої маси. Наприклад, вони дивляться на поведінку видимої матерії навколо чорних дір, наприклад, зірок, щоб побачити, чи не зазнають вони впливу гравітаційних ефектів. Якщо так, то ці ефекти можуть бути спричинені сусідньою чорною дірою.
Спостерігаючи за IRS 13, Пейскер і його колеги побачили, що зорі цього скупчення в серці Чумацького Шляху рухаються впорядковано. Це було несподівано, оскільки команда очікувала, що зірки будуть розташовані випадковим чином.
Цьому спостереженню може бути два пояснення. Або IRS 13 взаємодіє з Sgr A*, і це змушує її зорі рухатися впорядковано, або в цьому скупченні існує великий гравітаційний вплив, який утримує його впорядкованим.
Використовуючи такі інструменти, як Дуже великий телескоп (VLT), Атакамська велика міліметрова/субміліметрова решітка (ALMA) та рентгенівський космічний телескоп Чандра, вчені змогли визначити, що впорядкована компактна форма IRS 13 дійсно може бути зумовлена наявністю чорної діри середньої маси, розташованої в центрі IRS 13.
Цей висновок підтверджується рентгенівським випромінюванням зоряного скупчення, яке вказує на іонізуючий газ, що обертається зі швидкістю багато сотень тисяч кілометрів на годину. Цей гарячий іонізований газ може обертатися навколо пащі нещодавно відкритої чорної діри середньої маси.
Це не тільки дало б астрономам ще одну «відсутню» ланку між чорними дірами, але й пояснило б затяжну таємницю навколо IRS 13. Це зоряне скупчення здавалося набагато щільнішим, ніж інші подібні зоряні скупчення в нашій галактиці – але цього можна було б очікувати, якби воно містило чорну діру проміжної маси.
