Изображение центра Галактики, полученное обсерваторией «Чандра» с указанием термальных и нетермальных источников рентгеновского излучения в диапазоне мощности от 2 кэВ до 8 кэВ
Согласно фундаментальному предсказанию галактической звёздной динамики, чёрные дыры должны смещаться к центру галактики и накапливаться там. Но до настоящего времени у астрофизиков не было фактических доказательств, что этот процесс действительно происходит в нашем Млечном Пути. Отсутствие доказательств такого рода немного смущает, учитывая масштаб явления.
Учёные из Колумбийского университета (США) с коллегами из Института космических наук (Space Science Institute, Колорадо) и Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики (Массачусетс) решили восполнить этот пробел — и провели масштабное исследование по поиску чёрных дыр вблизи центра нашей Галактики по данным космической рентгеновской обсерватории «Чандра». За последние 12 лет «Чандра» накопила 1,4×106 с наблюдений за центром Галактики с помощью спектрометра Advanced CCD Imaging Spectrometer I (ACIS-I).
Учитывая слишком большое количество источников рентгеновского излучения в центре Млечного Пути, такие как радиоисточник Стрелец А (Sagittarius A, сверхмассивная чёрная дыра) и IRS 13, а также эмиссии горячего газа, учёные ограничили свой анализ только районом, который располагается не ближе 5″ от Стрельца А, что соответствует проекционному расстоянию примерно 0,2 парсека. На иллюстрации вверху внутренняя и внешняя границы района наблюдений обозначены жёлтыми окружностями. Внутренняя граница соответствует проекционному расстоянию 0,2 пк от центра (8 тыс. пк), а внешняя — 1 пк. Фиолетовый эллипс (7,8×3,9 пк) обозначает границы жёсткого рентгеновского излучения, зафиксированного телескопом NuSTAR из-за термальной эмиссии промежуточных поляров. Термальные и нетермальные источники излучения на карте обозначены красными и голубыми кружками. Как можно убедиться, нетермальные радиоисточники сконцентрированы преимущественно между двумя жёлтыми окружностями. Всего в районе между 0,2 и 3,8 пк обнаружено 415 радиоисточников в диапазоне мощности от 2 кэВ до 8 кэВ. После отфильтровки осталось 92 источника, из которых 26 находятся на проекционном расстоянии ближе 1 парсека к центру.
Известно, что «нетеремальный» характер излучения характерен для двойных систем с чёрными дырами, нейтронными звёздами и пульсарами.
Одиночные чёрные дыры практически невозможно обнаружить. Но если у чёрной дыры есть компаньон в виде нейтронной звезды, то такая система выдаёт себя по характерному излучению. После анализа всех собранных данных исследователи насчитали в указанном регионе радиусом около трёх световых лет от центра Млечного Пути двенадцать таких двойных систем с чёрной дырой.
Вообще, двойные системы с чёрной дырой — довольно редкое явление. Нахождение столь большого количества таких систем в таком маленьком районе означает, что в центре Млечного Пути концентрация чёрных дыр на много порядков больше, чем в остальных регионах, что полностью соответсвует предсказанию галактической звёздной динамики. Для сравнения, во всей нашей Галактике диаметром около 100 000 световых лет пока обнаружено всего пять чёрных дыр. А здесь на маленьком пятачке в три световых года — сразу 12 двойных систем с чёрными дырами.
По нынешней теории чёрных дыр, учитывая вероятность образования двойных систем по сравнению с обычными ЧД, учёные оценили общее количество ЧД в регионе исследований. Наличие 12 двойных систем с ЧД означает, что в общей сложности там около 10 000 чёрных дыр.
Авторы исследования предполагают, что наличие информации о количестве и концентрации чёрных дыр позволит составить лучшие прогностические модели по слиянию ЧД с образованием гравитационных волн, которые доходят до Земли. Учёные только недавно начали регистрировать распространение этих складок пространства-времени, предсказанных Эйнштейном около века назад.
Научная статья опубликована 5 апреля 2018 года в журнале Nature (doi: 10.1038/nature25029, pdf).
Автор: Анатолий Ализар
