Ученые обнаружили «недостающее звено» в истории черных дыр

Скопление звезд под названием IRS 13 около центра галактики, похоже, таит в себе черную дыру. Более того, то, как эти звезды роятся и вращаются по орбите, предполагает, что черная дыра — редкость — в диапазоне средней массы, между теми, которые имеют звездоподобную массу, и сверхмассивными монстрами.

Подобные черные дыры промежуточной массы обнаруживаются чрезвычайно редко, что делает IRS 13 интересным объектом сам по себе... но вишенкой на торте является его местоположение.

Находящаяся всего в 0,1 светового года от центра Галактики черная дыра, по-видимому, является одним из строительных блоков, которые питают продолжающийся рост и эволюцию сверхмассивной черной дыры в ядре Млечного Пути, Стрельца А* (Sgr A*).

Это важная подсказка, которая может помочь нам понять, как растут черные дыры, и преодолеть разрыв между массами звездного диапазона и сверхмассивными черными дырами.

Черные дыры являются конечной точкой эволюции массивной звезды, но наблюдаемые массы этих объектов озадачивают.

В диапазоне звездных масс у нас есть черные дыры, которые образуются из сколлапсировавших ядер массивных звезд (и слияний между ними ). ​​Для черной дыры, образованной из одной звезды, верхний предел массы составляет около 80 масс Солнца .

Сверхмассивные черные дыры имеют плохо определенный диапазон масс, но общепринято считать, что он составляет от миллионов до миллиардов масс Солнца. Все, что находится между 100 массами Солнца и 100 000–1 миллионом масс Солнца, — это промежуточный диапазон масс, в котором обнаружено поразительно мало объектов.

Причина этого шока в том, что это оставляет пустым эволюционный путь между маленькими черными дырами и большими.

В статистике наблюдений между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами существует разрыв, который нелегко объяснить. Это означает, что у нас мало или совсем нет доказательств роста от одной точки к другой.

IRS 13 была обнаружена чуть более 25 лет назад и с тех пор озадачивает астрономов. Сначала ее считали одиночной массивной звездой. Затем двойной звездой. Затем звездой Вольфа-Райе, массивной звездой на грани сверхновой.

С тех пор его идентифицировали как небольшое скопление, но оно все еще остается загадкой. Оно так близко к Sgr A* — черной дыре с массой 4,3 миллиона Солнц — что такое скопление не должно было бы поддерживать свою тесную структуру.

Команда под руководством астрофизика Флориана Пайскера из Кельнского университета в Германии хотела разрешить эту загадку, поэтому исследователи изучили, как движутся звезды и газовые сгустки в скоплении. Они ожидали, что движение будет относительно случайным, но вместо этого обнаружили, что оно было довольно упорядоченным.

Этому есть два возможных объяснения. Одно из них — влияние Sgr A*, каким-то образом изменяющее орбиты объектов в IRS 13. Но, по мнению команды, внутри скопления должно быть что-то, гравитационно удерживающее его в целости.

Они провели наблюдения и моделирование, чтобы увидеть, смогут ли они выяснить, что это было. Отслеживая движения кластера, они определили местоположение, где мог находиться этот плотный объект.

В этом месте они наблюдали рентгеновское излучение и кольцо ионизированного газа, вращающееся со скоростью около 130 километров (81 миля) в секунду.

Затем они вычислили массу объекта в центре кольца, используя все эти движения. Их объект перевесил космические весы примерно на 30 000 солнечных масс. Есть только одно, что могло быть: черная дыра промежуточной массы.

Будущие наблюдения с использованием самых современных инструментов дадут нам больше информации об этом загадочном объекте, но на данный момент это скопление, по-видимому, представляет собой значительный шаг на пути к пониманию эволюции черных дыр.

«IRS 13, по-видимому, является важнейшим строительным блоком для роста нашей центральной черной дыры SgrA*», — говорит Пайскер. «Это захватывающее звездное скопление продолжает удивлять научное сообщество с тех пор, как оно было обнаружено около двадцати лет назад. Сначала считалось, что это необычно тяжелая звезда. Однако с помощью данных высокого разрешения мы теперь можем подтвердить состав его строительных блоков с черной дырой средней массы в центре».

ScienceAlert