Астрономы усомнились в природе кандидата в «блуждающую» черную дыру звездной массы

Астрономы сообщили о первом достоверном случае обнаружения компактного объекта с помощью астрометрического и фотометрического микролинзирования. Случай был подтвержден двумя независимыми группами, но у исследователей возникли сомнения, что найденный объект является черной дырой звездной массы, а не нейтронной звездой, так как его масса, выводимая из данных наблюдений, различается в двух исследованиях. Препринт доступен на сайте arXiv.org.

Черные дыры звездных масс, обладающие массами от нескольких единиц до десятков масс Солнца, образуются в ходе гравитационного коллапса массивных звезд. Поиск и определение свойств подобных компактных объектов важны для определения границы между нейтронными звездами и черными дырами, а также проверки моделей финала эволюции массивных звезд. По оценкам ученых только в Млечном Пути находится 10⁷−10⁹ черных дыр звездных масс, однако достоверных случаев обнаружения насчитывается около 20, причем все они входят в двойные системы. При помощи гравитационно-волновых обсерваторий было обнаружено более 80 случаев слияний черных дыр, где массы компонентов менялись от 3 до почти 100 масс Солнца.

Однако астрофизики считают, что значительная часть популяции черных дыр звездных масс может быть представлена одиночными объектами. Это связано с тем, что около 30 процентов массивных звезд формируются как одиночные светила, а в тесных двойных системах звезды могут слиться воедино до взрыва сверхновой. Кроме того, в широкой двойной системе импульс, придаваемый одному из компонентов в ходе взрыва другой звезды как сверхновой, может быть достаточно большим, чтобы разрушить систему, оставив изолированную черную дыру.

Изолированные черные дыры крайне трудно обнаружить, так как они не являются источниками собственного излучения, а скорость аккреции вещества из межзвездной среды слишком мала, чтобы генерировать заметное рентгеновское или радиоизлучение. Микролинзирование оказывается единственным доступным методом измерения массы изолированных черных дыр. Это явление возникает, когда звезда или компактный объект, выступающие в качестве линзы, проходит перед фоновой звездой, выступающей в качестве источника излучения, из-за чего, в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна, возникают кратковременное усиление яркости источника (фотометрическое линзирование) и небольшое смещение видимого положения источника излучения (астрометрическое микролинзирование).

Группа астрономов во главе с Кейси Лэм (Casey Lam) из Калифорнийского университета в Беркли сообщила о новом случае измерения массы изолированной черной дыры звездных масс при помощи метода гравитационного микролинзирования. Ученые занимались анализом пяти кандидатов в черные дыры, обнаруженных в обзорах неба по поиску событий гравитационного микролинзирования OGLE и MOA, и выделили среди них событие микролинзирования MOA-11-191/OGLE-11-0462 (сокращенно OB110462), наблюдавшееся вблизи центра Млечного Пути в 2011 году. Фотометрические кривые блеска для каждого кандидата охватывают период от 7 до 11 лет, астрометрические данные были получены космическим телескопом «Хаббл» и охватывали каждое событие микролинзирования.

Ученые определили, что астрометрический сдвиг фоновой звезды составил более одной миллисекунды дуги, а масса объекта-линзы OB110462 находится в диапазоне 1,6−4,4 массы Солнца, что делает это событие первым случаем обнаружения компактного объекта (нейтронной звезды или черной дыры) с помощью астрометрического микролинзирования. Однако незадолго до отправки готовой научной статьи на рассмотрение исследователи узнали о независимом анализе события OB110462 группой Кайлаш Саху (Kailash Sahu), опубликованном в феврале этого года. В нем масса объекта-линзы была оценена в 7,1 масс Солнца, что однозначно свидетельствовало в пользу черной дыры звездных масс.

Пока что неясно, связано ли подобное расхождение с использованием разных объемов данных наблюдений (группа Кейси Лэма использовала дополнительные данные наблюдений «Хаббла» за 2021 год, а группа Кайлаш Саху — нет) или разных методик анализа данных (группа Кейси Лэма анализировала возможные свойства линзы, допускаемые как фотометрическими, так и астрометрическими данными). Предварительный анализ ситуации показывает, что различный выбор эталонных звезд в двух работах не является источником несоответствия, однако для полного понимания происходящего требуется значительная дальнейшая работа.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы утяжелили черную дыру в системе Лебедь X-1.

Александр Войтюк