Астрономія
Астрономія

Гравітаційне лінзування гамма-спалаху вказало на чорну діру середньої маси

Дослідники зафіксували гравітаційне лінзування гамма-спалаху GRB 950830, про що вони пишуть у журналі Nature Astronomy. Гравітаційна лінза вказала на масу об’єкта, який астрономи інтерпретують як чорну діру середньої маси.

Carl Knox, OzGrav

Carl Knox, OzGrav

Що відомо про чорні діри проміжної маси?

Чорні діри, маса яких лежить у діапазоні від ста до мільйона сонячних мас, довгий час лишалися гіпотетичними об’єктами, але докази їхнього існування зростають. Вчені давно підозрюють, що такі об’єкти можуть розташовуватися, зокрема, у ядрах кулястих зоряних скупчень. Наймасивніші зірки у таких групах переміщуються у центр та переживають злиття, утворюючи масивну мегазірку, маса якої може складати близько тисячі сонячних мас. Такі зірки мають короткий термін існування та можуть слугувати основою для чорної діри проміжної маси, що згодом зростає за рахунок накопичування матеріалу та злиттів. Проте прямі свідчення існування чорних дір проміжної маси ще не знаходили. Їхні злиття складно зафіксувати сучасним поколінням детекторів гравітаційних хвиль через велику масу остаточного продукту злиття, а розміри таких чорних дір занадто малі, щоб їх можна було спостерігати за допомогою тих самих методів, які застосовуються для виявлення надмасивних чорних дір у галактичних центрах. Гравітаційне лінзування є одним з небагатьох способів надати оцінку чисельності чорних дір проміжної маси. Воно відбувається, коли шлях світла віддалених джерел викривляється поруч з масивними об’єктами.

Що зафіксували астрономи?

Дослідники проаналізували вибірку з 2700 гамма-спалахів, щоб знайти серед них ті, які зазнали гравітаційного лінзування. Гамма-спалахи — це надзвичайно яскраві викиди найбільш енергетичного електромагнітного вимпромінювання, яке називається гамма-променями. Їхня енергія може складати від 100 до 300 кілоелектронвольт. Вважається, що вони породжуються швидким падінням матеріалу на чорну діру зоряної маси, утворену або надновою, або злиттям компактних об’єктів. Матеріал при цьому запускається релятивістськими струменями, направленими у протилежні боки вздовж осі обертання (джетами). Частина цього потоку перетворюється в електромагнітне випромінювання, яке підсилюється до гамма-променів. Передбачається, що принаймні деяка частина популяції гамма-спалахів повинна лінзуватися. Дослідники виявили кандидатів у такі спалахи, найбльш статистично значущим серед яких став короткий гамма-спалах GRB 950830. Команда проаналізувала, який об’єкт міг створити його гравітаційне лінзування.

Якими виявилися результати?

Дослідники встановили, що маса цього об’єкта приблизно у 55 тисяч разів більша за масу Сонця. Вони виключили можливість того, що це може бути кулясте скупчення чи гало темної матерії та інтерпретують його як чорну діру проміжної маси. Крім того, на основі цих даних астрономи змогли підрахувати, наскільки розповсюдженими є такі чорні діри. За їхніми підрахунками, їхня сучасна концентрація становить 2300 на кубічний мегапарсек. Тобто, на 15 мільйонів мільярдів кубічних світлових років зустрічається одна чорна діра проміжної маси. Якщо існує значна популяція чорних дір середньої маси, вони могли слугувати основою для зростання надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті.

У 2020 році астрономи вперше зафіксували чорну діру проміжної маси за допомогою гравітаційних хвиль. Нещодавно дослідники шукали таку чорну діру всередині кулястого скупчення, проте виявилося, що воно натомість заповнене чорними дірами зоряної маси. Детальніше про види таких об’єктів ми писали у нашому матеріалі «Що таке чорна діра?»