Ярко, как в дыре

Черные дыры были и остаются самыми загадочными и интересными объектами во Вселенной, хотя их существование до сих пор не доказано. Для подтверждения того, что объект является черной дырой, нужно пронаблюдать процессы, проходящие вблизи ее горизонта событий, то есть границы ее гравитационного притяжения, которое невозможно покинуть даже со скоростью света. А посмотреть такие процессы пока еще никому не удавалось.

Вместе с тем процесс исследования человечеством вопроса черных дыр постоянно сопровождается большим количеством научных работ, которые состоят как из теоретических выкладок, так и из наблюдений, которые в целом вполне подтверждают теоретические работы.

До сих пор у астрономов были наблюдаемые свидетельства существования только двух типов черных дыр. Один вид – это черные дыры, массы которых сравнимы с массами звезд (3–20 масс Солнца). Эти дыры возникают в конце жизни массивных звезд, и на данный момент астрономам известно только 23 таких объекта.

Зато сверхмассивных черных дыр (с массой порядка 10⁹ масс Солнца и более) известно гораздо больше – их количество уже превысило тысячу. Это легко объясняется тем, что астрономы знают, где искать такие дыры – они находятся в ядрах галактик.

Согласно довольно распространенной теории, сверхмассивные черные дыры образуются в результате слияния черных дыр меньшей массы. Однако черные дыры средней массы никак не удавалось обнаружить, и ученым, работающим в этом направлении, пока похвастаться было нечем, кроме нескольких невыдающихся кандидатов.

Но теперь можно считать, что одна такая дыра астрономам известна.

Успеха добилась международная группа ученых во главе с сотрудниками Тулузского университета, которая занималась поиском ультрамощных рентгеновских источников – объектов, светимость которых превышает максимально возможную светимость для объектов звездной массы. Используя наблюдения космического рентгеновского телескопа Newton Европейского космического агентства (ESA), ученые обнаружили в галактике ESO 243–29, которая удалена от нас на 290 млн световых лет, очень яркий рентгеновский источник. Максимальная светимость этого объекта составляет 1,1•10⁴² эрг/с, что, к примеру, в 260 млн раз превышает светимость Солнца в рентгеновском диапазоне. Источник получил название HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1), что переводится как «гипермощный рентгеновский источник номер один».

Высокая светимость объекта в рентгеновском диапазоне и полное отсутствие его оптического излучения говорят о том, что HLX-1 не является ни звездой, ни далекой фоновой галактикой, а представляет собой реальный объект в галактике ESO 243–29. Сравнивая наблюдения HLX-1 в ноябре 2004 и ноябре 2008 годов, ученые обнаружили изменение его яркости, что говорит о том, что это единый объект, а не группа из нескольких менее мощных рентгеновских источников, которая сливается в один из-за большого расстояния до галактики.

Таким образом, этот объект может являться только черной дырой.

Используя понятие предельной эддингтоновской светимости, при установленных авторами работы значениях светимости HLX-1, получается, что его масса составляет не менее 500 масс Солнца. Таким образом, этот объект может стать первой известной черной дырой средней массы, то есть представителем нового класса черных дыр.

На верхнем фото показано изображение галактики ESO 243–29 в оптическом диапазоне, а яркий объект, который находится немного левее центра галактики и выше ее плоскости, является изображением HLX-1 в рентгеновском диапазоне и показывает его локализацию. Таким образом, HLX-1 находится вне диска галактики, в ее сферической составляющей, где обычно находятся шаровые звездные скопления. Ученые предполагали, что черные дыры средних масс могут находиться как раз в центре шаровых скоплений, так что результаты данной работы подтверждают это предположение.

«Это открытие имеет важное значение, – считает Шон Фаррелл, ведущий автор публикации в Nature. – Идентификация HLX-1 как черной дыры – это важный шаг к лучшему пониманию образования сверхмассивных черных дыр, которые существуют и в нашей Галактике, и в других галактиках».