Обнаружены признаки второй по массе чёрной дыры Млечного Пути

Чёрная дыра в газовом облаке
Визуализация чёрной дыры в газовом облаке.

Японские астрономы, работающие с 45-метровым радиотелескопом обсерватории Нобеяма (Nobeyama radio observatory), обнаружили признаки существования в нашей галактике второй по величине чёрной дыры. Открытие может прояснить детали эволюции чёрных дыр.

Учёные, использующие 45-метровый радиотелескоп, работающий в миллиметровом диапазоне волн, обнаружили признаки наличия невидимой чёрной дыры массой в 100 тысяч раз превышающей массу Солнца, в центральной области Млечного Пути. Учёные предполагают, что эта чёрная дыра «промежуточной массы» является ключом к пониманию механизма рождения чёрных дыр, находящихся в центрах галактик.

Команда астрономов во главе с Томохару Окой (Tomoharu Oka), профессором университета Кейо в Японии, изучала необычное облако газа, известное как СО-0.40-0.22. Этот объект находится всего в 200 световых годах от центра Млечного Пути. У CО-0.40-0.22 есть особенность, отличающая его от других подобных объектов: его газ движется с очень широким диапазоном скоростей. Учёные ранее определили это при наблюдениях с помощью двух радиотелескопов: 45-метрового телескопа обсерватории Нобеяма (Япония) и 10-метрового субмиллиметрового телескопа (ASTE — Atacama Submillimeter Telescope Experiment), расположенного в Чили. Второй телескоп построен японской компанией Мицубиси и управляется Национальной астрономической обсерваторией Японии (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ) совместно с Чилийским университетом.

Чтобы исследовать облако более подробно, команда астрономов повторила наблюдение CO-0.40-0.22 с помощью телескопа Обсерватории Нобеяма и получила 21 линию излучения от 18 молекул. Результаты показывают, что облако имеет эллиптическую форму и состоит из двух компонентов: компактная часть с низкой плотностью и очень широким разбросом дисперсии скоростей, до 100 км/с, и плотной части в 10 световых лет с узкой дисперсией скоростей.

Что может быть этому причиной? Внутри облака нет полостей. Кроме того, рентгеновские и инфракрасные наблюдения не дали свидетельств наличия компактных объектов. Эти особенности указывают на то, что дисперсия скоростей не вызвана местными источниками энергии, такими, как взрывы сверхновых.

Исследователи создали компьютерную модель газовых облаков, находящихся под воздействием сильного источника гравитации. Модель показывает, что потоки газа при приближении к источнику гравитации ускоряются и их скорости увеличивается до максимума в ближайшей к объекту точке. После этого поток летит дальше, постепенно замедляясь. Учёные обнаружили, что модель с источником гравитации, в сто тысяч раз больше массы Солнца внутри области с радиусом 0,3 световых года наиболее точно соответствует наблюдаемым данным.

«Учитывая тот факт, что нет компактных объектов, которые можно обнаружить при наблюдениях в рентгеновском или инфракрасном диапазоне, лучшим кандидатом на компактный и массивный Объект является чёрная дыра», — поясняет Ока, ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.

Если всё обстоит именно так, то это первая находка чёрной дыры «промежуточной массы». Астрономам известно о двух типах чёрных дыр: чёрные дыры звёздных масс, образовавшихся в результате взрыва гигантских, очень массивных звёзд и сверхмассивные чёрные дыры (SMBH) часто располагающиеся в центрах галактик. Масса SMBH колеблется от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца. Обнаружен ряд SMBH, но никто не знает, как они формируются. Есть предположение, что они образуются в результате слияния многих чёрных дыр промежуточной массы. Но подобных объектов ранее в космосе не обнаруживалось. Если предположение, что облако СО-0.40-0.22, расположенное близко к центру галактики, действительно содержит чёрную дыру промежуточной массы, это будет подтверждением теории эволюции SMBH.

Полученные результаты открывают новый путь для поиска чёрных дыр с помощью радиотелескопов. Недавние наблюдения показали, что существует ряд сходных с СО-0.40-0.22 облаков. Можно предположить, что некоторые из этих облаков могут скрывать чёрные дыры.

Исследователи предполагают, что в галактике Млечный Путь может находиться 100 миллионов чёрных дыр, но рентгеновские наблюдения определили наличие лишь десятков. Большинство чёрных дыр трудноразличимы, их очень трудно увидеть на любой длине волны.

«Исследование движения газа с помощью радиотелескопов может обеспечить дополнительный путь для поиска тёмных чёрных дыр, — говорит Ока. — Продолжающиеся широкие наблюдения области Млечного Пути с помощью 45-метрового телескопа Обсерватории Нобеяма и наблюдения с высоким разрешением ближайших галактик с помощью ALMA дают возможность резко увеличить количество кандидатов в чёрные дыры».