Подібно до стародавнього кардигану, Чумацький Шлях повинен бути нашпигований чорними дірами.
За найкращими оцінками, має бути від 10 мільйонів до 1 мільярда чорних дір зоряної маси, які мирно і безшумно дрейфують по галактиці. Є тільки одна проблема, коли справа доходить до їх підрахунку: якщо чорним дірам не вдається зловити якийсь матеріал, що проходить у їхньому гравітаційному полі, вони в основному невидимі.
Проте невидимий не значить непомітний.
Вперше міжнародній групі вчених вдалося виявити самотню чорну дірку на відстані менше 5200 світлових років від Землі.
Як їм це вдалося?
Оскільки в даний час дослідники не мають інструментів для безпосереднього дослідження чорної діри, вони повинні спостерігати її вплив на простір навколо неї. Для чорної діри цей ефект є гравітаційним. А оскільки гравітаційне поле чорної діри настільки сильне, воно спотворює будь-яке світло, яке може пройти через неї.
Отже, коли щось невидиме збільшило світло далекої зірки, зробивши його надзвичайно яскравим, астрономи зрозуміли, що, ймовірно, є гравітаційне поле, через яке воно проходить.
Це називається гравітаційним мікролінзуванням, і його використовують для ідентифікації невеликих тьмяних об’єктів, які інакше нашими телескопами було б дуже важко виявити. Але цього разу ми вперше бачимо самотню чорну дірку.
“Ми повідомляємо про перше однозначне виявлення та вимірювання маси ізольованої чорної діри зоряної маси”, – написала група астрономів на чолі з Кайлашем Саху з Наукового інституту космічного телескопа.
Гравітаційне мікролінзування виникає, коли об’єкт із гравітаційним полем проходить майже точно перед далекою зіркою.
Це гравітаційне поле викликає викривлення простору-часу; коли світло проходить через гравітаційне поле, воно слідує цій кривизні, внаслідок чого його шлях ефектино «згинається». Це збільшує світло, а також трохи зміщує видиме положення далекої зірки.
Попередні події мікролінзування призвели до виявлення екзопланет та зірок, які надто тьмяні, щоб їх можна було побачити. Експерименти, встановлені для спостереження за небом, щорічно виявляють тисячі подій мікролінзування; більшість з них – зірки, що рухаються перед іншими зірками, що не дивно, враховуючи, скільки їх там там є.
2 червня 2011 року два окремі дослідження мікролінзування – Експеримент з оптичним гравітаційним лінзуванням (OGLE) та Спостереження за мікролінзуванням в астрофізиці (MOA) – незалежно зафіксували подію, пік якої припав на 20 липня.
Ця подія отримала назву MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462.
Спостереження за регіоном проводилися вісім разів із використанням космічного телескопа Хаббл аж до 2017 року. Озброївшись цими даними, Саху та його команда почали обробляти числа та виявили, що дані найкраще відповідають чорній дірі, а не зірці.
Фактично дослідники навіть змогли провести вимірювання чорної діри. Зміни, що спостерігаються у світлі далекої зірки, дозволили команді розрахувати її масу та рух. Вони виявили, що чорна діра має масу приблизно в 7,1 рази більшу за масу Сонця. Це зробило б її горизонт подій лише 42 кілометри (26 миль) у поперечнику.
Знайдіть хвилинку, щоб здивуватися. Вчені змогли виявити невидимий об’єкт менш ніж у десяту частину довжини Гранд-Каньйону на відстані понад 5000 світлових років, вивчаючи світло від більш далекої зірки. Це страшенно круто.
А ось тут ще крутіше. Команда підрахувала, як швидко цей об’єкт рухається через Чумацький Шлях: 45 кілометрів (28 миль) за секунду. Це робить її не просто старою чорною дірою, а чорною дірою – втікачкою.
Ймовірно, її викинуло в космос, коли зірка-попередниця вибухнула надновою. Якщо такий вибух наднової буде нерівномірним, нерівномірна сила може відкинути ядро зірки, що схлопнулася, в космос.
Дослідження, проведене у 2019 році, показало, що навколо Чумацького Шляху можуть бути мільйони чорних дір, створених під час народження. Було б неймовірно круто, якби об’єкт МОА-11-191/ОГЛЕ-11-0462 опинився серед них.
Майбутні інструменти зможуть виявляти ще більше ізольованих чорних дір зіркової маси. Як тільки популяція буде виявлена та вивчена, ми зможемо використовувати ці дані, щоб дізнатися більше про MOA-11-191/OGLE-11-0462 та чорні діри, що населяють Чумацький Шлях в цілому.
Дослідження команди було представлене в Astrophysical Journal і доступне на arXiv.