С помощью данных, зафиксированных рентгеновской обсерваторией НАСА «Чандра», астрономы обнаружили беспрецедентное скопление черных дыр в галактике Андромеда, одной из ближайших галактик к Млечному Пути.
Анализируя данные более 150 наблюдений «Чандры», которые продолжались 13 лет, исследователи идентифицировали 26 кандидатов в черные дыры, самое большое количество на сегодняшний день, которое обнаружено за пределами нашей собственной Галактики. Многие считают, что Андромеда – это галактика-сестра Млечного Пути, и что в дальнейшем эти две галактики обязательно столкнутся, но произойдет это не ранее чем через несколько миллиардов лет.
«Хотя мы очень взволнованы тем, что обнаружили столько черных дыр в Андромеде, мы понимаем, что это только вершина айсберга»,– делится своими переживаниями Робин Барнард (Robin Barnard), сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс, и ведущий автор новой работы, в которой приводятся результаты исследования. «У большинства черных дыр, скорее всего, нет близких компаньонов, и они будут невидимы для нас».
Кандидаты в черные дыры принадлежат к такому классу звездных масс, которые предположительно сформировались в процессе предсмертной агонии очень массивных звезд и, как правило, имеют массу в интервале от пяти до десяти солнечных масс. Астрономы могут обнаружить эти объекты, когда звездное вещество звезды-компаньона перетекает (аккрецирует) на объекты, разогреваясь до колоссальных температур и испуская излучение, прежде чем исчезнет в недрах черной дыры (в остальных случаях эти объекты остаются невидимыми).
На первом этапе процесса идентификации обнаруженных черных дыр нужно было убедиться в том, что они являются системами звездных масс, находящимися непосредственно в самой галактике Андромеда, а не сверхмассивными черными дырами в центрах (ядрах) более удаленных галактик. Для этого исследователи использовали новый метод, который заключался в извлечении информации о светимости и переменчивости компактных рентгеновских источников из данных наблюдений телескопа «Чандра». Короче говоря, системы звездных масс претерпевают значительно более быстрые изменения, чем сверхмассивные черные дыры.
Чтобы отнести эти системы галактики Андромеды к классу черных дыр, астрономы наблюдали, обладают ли эти рентгеновские источники особой характеристикой: то есть, была ли их светимость выше определенного высокого уровня рентгеновского излучения, а также наблюдался ли у них характерный для рентгеновского излучения цвет. Источники, содержащие нейтронные звезды, плотные ядра «мертвых» звезд, которые могли быть альтернативным объяснением приведенных наблюдений, не демонстрируют обе эти особенности одновременно. А вот источники, содержащие черные дыры, демонстрируют.
Рентгеновская обсерватория Европейского космического агентства XMM-Newton X-ray observatory оказала существенную помощь при проведении этой работы, предоставив рентгеновские спектры, распределение рентгеновского излучения по энергиям, для некоторых кандидатов в черные дыры. Спектры содержат ценнейшую информацию, которая помогает узнать природу этих объектов.
«Изучая моментальные снимки, плоды более чем двенадцатилетнего периода наблюдений, мы можем создать из них уникальную полезную панораму M31»,– говорит соавтор работы Майкл Гарсиа (Michael Garcia), также являющийся сотрудником CfA. «Получившаяся в результате такая весьма длительная экспозиция позволяет нам проверить каждый отдельный рентгеновский источник на предмет того, является он черной дырой или нейтронной звездой».
Группа исследователей ранее уже идентифицировала девять кандидатов в черные дыры из области, охватываемой данными «Чандра», а представленные сейчас результаты увеличивают общее количество до 35. Восемь из них связаны с шаровыми скоплениями, древними местами сосредоточения звезд, которые распределены в сферической структуре вокруг центра галактики. Это также отличает Андромеду от Млечного Пути, поскольку астрономам еще надо найти подобную черную дыру в одном из шаровых скоплений Млечного Пути.
Семь из этих кандидатов в черные дыры находятся в 1000 световых лет от центра галактики Андромеды. Это больше, чем количество кандидатов в черные дыры с аналогичными свойствами, которые расположены вблизи центра нашей Галактики. И это не стало неожиданностью для астрономов, потому что балдж, наполненный звездами, в центре Андромеды имеет большие размеры, что, естественно, обеспечивает большее «поле» деятельности для формирования черных дыр.
«Когда речь идет об обнаружении черных дыр в центральной области галактики, то это, действительно, тот случай, когда чем больше, тем лучше»,– замечает соавтор работы Стефан Мюррей (Stephen Murray) из Университета Джонса Хопкинса и CfA. «В случае Андромеды мы имеем большего размера балдж и более крупную сверхмассивную черную дыру, чем в Млечном Пути, поэтому мы предполагаем, что там также сформировалось больше черных дыр меньшего размера».
Новое исследование подтверждает прогнозы, сделанные ранее в рамках исследовательских программ миссии «Чандра» в отношении свойств рентгеновских источников, расположенных вблизи центра галактики M31. В исследованиях, проводимых раньше Расмусом Воссом (Rasmus Voss) и Маратом Гилфанов (Marat Gilfanov) из Института астрофизики имени Макса Планка в Гархинге, Германия, рентгеновская обсерватория «Чандра» использовалась, чтобы продемонстрировать, что вблизи центра галактики M31 находится необычно большое количество рентгеновских источников. Ученые предположили, что большинство этих многочисленных рентгеновских источников содержат черные дыры, которые, встречая на своем пути звезды малой массы, захватывали их. Последнее обнаружение семи кандидатов в черные дыры вблизи центра галактики M31 (Андромеда) является убедительным доказательством в пользу этих утверждений.
«Мы очень взволнованы тем, что обнаружили такое большое количество кандидатов в черные дыры в такой близости от центра галактики, потому что мы предполагали увидеть их там, и вели поиск много лет»,– говорит Барнард.
Результаты этого исследования будут опубликованы в выпуске Астрофизического журнала (The Astrophysical Journal) от 20 июня. Многие наблюдения Андромеды выполнены в рамках программы с участием телескопа «Чандра»: «Chandra's Guaranteed Time Observer».
Центр космических полетов НАСА имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, осуществляет руководство программой «Чандра» под общим руководством Управления научных программ НАСА в Вашингтоне. Смитсоновская астрофизическая обсерватория руководит научными исследованиями и управляет полетом телескопа «Чандра» из Кембриджа, штат Массачусетс, сообщает сайт Астрогоризонт.
