Пантеон черных дыр включает небольшие, не намного больше, чем наше солнце и суперкрупные в центрах галактик. Но где все черные дыры среднего размера? Тот вопрос долго беспокоил астрономов, но теперь они, возможно, наконец определили тот.
Ведущий кандидат для справедливо-правильной черной дыры — объекта, названного X-1 в совокупности M82 — только что получил его самую точную массовую оценку до сих пор: приблизительно 400 раз масса солнца.Черные дыры, по самой своей природе, не могут быть замечены непосредственно и показать свое присутствие только эффектом, который их сила тяжести имеет на близлежащие звезды и облака пыли и газа.
От таких подсказок астрономы идентифицировали много черных дыр звездного размера, созданных крахом гигантской звезды и другого материала, который он, возможно, проглотил позже. Они обычно взвешивают до десятков времен масса солнца.
Между тем большинство и возможно все галактики, кажется, имеют огромную черную дыру в сердцах с массами, колеблющимися от сотен тысяч до миллиардов солнечных масс.В их поиске недостающих промежуточно-массовых черных дыр (IMBHs) астрономы увеличили масштаб редких объектов, известных как ультраяркие источники рентгеновских лучей (ULXs).
Такие источники рентгеновских лучей, как думают, являются двоичными системами счисления, составленными из черной дыры и другой звезды, вращающейся друг вокруг друга с черной дырой, впитывающей материал от его партнера. Тот материал сначала улаживает в своего рода гравитационный вихрь, названный диском прироста, и прежде, чем исчезнуть навсегда в черную дыру, срастающийся материал становится столь горячим от трения, что это испускает рентгеновские лучи. ULXs являются чрезвычайными примерами этого явления, испуская сигнал рентгеновских лучей, который слишком ярок, чтобы быть произведенным черной дырой звездного размера, но все еще достаточно яркий, чтобы быть от суперкрупной черной дыры.
X-1, который составляет 12 миллионов световых лет от Земли, является одним таким ULX, и несколько исследований за прошлое десятилетие предположили, что это имеет массу сотен солнц, на основе ее яркости и температуры.Однако, астрономы не могли исключить это, это была просто очень яркая, но небольшая черная дыра, говорит астроном Дхирэдж Пэшем из Университета Мэриленда (UMD), Колледж-Парка. Таким образом вместе с коллегами от UMD и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Зеленом поясе, Мэриленд, Пэшем, изложенный, чтобы более точно взвесить X-1 использование неясного образца рентгеновского излучения, обнаруженного в меньших черных дырах.
За прошлое десятилетие астрономы, изучающие рентгеновские излучения от звездных черных дыр, заметили, что они, кажется, бьются как барабан с непротиворечивым отношением 3-2. Рентгеновские лучи одной черной дыры могли бы биться в 150 раз в секунду, а также 100 раз, в то время как другой мог биться 300 и 200 раз.
Астрономы не знают то, что вызывает эту синкопированную эмиссию, но предположите, что своего рода резонанс должен развиться в перегретом, испускающем рентгеновские лучи газе непосредственно перед тем, как это попадает в черную дыру. Кардинально, они также нашли, что частота ударов была обратно пропорциональна массе черной дыры, таким образом, ритм 150-100 будет сигнализировать более крупную черную дыру, чем ритм 300-200.Бригада задалась вопросом, могло ли бы это отношение экстраполироваться к IMBHs. Для черных дыр среднего размера исследователи предсказали, удары будут иметь частоты единственного числа.
Бригада собрала материал о X-1 от Исследователя Выбора времени Рентгеновских лучей Росси НАСА, действовавшего с 1995 до 2012, ища частоты удара между 1 и 16 разами в секунду. “Мы ставили друг на друга все архивные данные и [3-2 ритма] просто появились”, говорит Пэшем. Как они сообщили онлайн вчера по своей природе, они нашли, что X-1 сбивал ритмы в 5,07 и 3,32 раза в секунду; после отношения между частотой и массой, соответствующей черной дыре с массой 428 солнц.
“Подтверждение массы, приблизительно 400 солнечных масс для M82 X-1 являются очень захватывающими, потому что это помещает черную дыру ясно в промежуточный массовый диапазон — слишком тяжелый, чтобы быть сделанным в крахе единственной звезды и намного легче, чем суперкрупная черная дыра, найденная в галактических ядрах. Таким образом X-1 представлял бы новый класс объекта, требующего нового механизма формирования”, говорит астроном Филип Каарет из университета Айовы в Айова-Сити, не вовлеченный в исследование.Другие, однако, еще не уверены, что это – заключительное доказательство существования черных дыр среднего размера. “Это не окончательно, но это – хорошая дополнительная подсказка”, говорит астроном Алессандро Патруно из Лейденской Обсерватории в Нидерландах.
Он предостерегает, что это не будут считать доказательством, пока у исследователей не будет лучшей ручки о том, как эти ритмы создаются в дисках прироста и оправдано ли это для экстраполирования от небольших черных дыр до намного больших. “Мы не понимаем, как диски прироста ведут себя вокруг ULXs”, говорит он.