Ученые впервые обнаружили «невидимую» черную дыру. Как им это удалось?

Еще один большой шаг могли сделать британские исследователи из Открытого университета. Вместе со своими коллегами они сумели обнаружить невидимую черную дыру. Их работа сейчас доступна на сервисе препринтов arXiv и проходит научную проверку перед публикацией в журнале The Astrophysical Journal.

Казалось бы, все черные дыры невидимы, ведь на то они и черные, что не отражают никакой свет. Их гравитация настолько мощная, что не выпускает наружу ни один фотон, который мог бы показать нам черную дыру. Несмотря на то, что это так, ученые наблюдают за этими объектами иначе — мощная гравитация не только является их маскировкой, но и выдает их местоположение, ведь она явно влияет на окружающие черную дыру объекты — например, звезды.

Первая фотография черной дыры, которую в 2019 году сделала команда астрономов Event Horizon Telescope, была сделана именно благодаря такому взаимодействию. Черная дыра и звезда находились в единой системе (то есть, вращались вокруг общего центра масс), благодаря чему черная дыра вытягивала материал своего компаньона. Этот материал создает аккреционный диск, который состоит из газа, пыли, плазмы и других частиц, которые нагреваются и ярко светятся, «подсвечивая» черную дыру. Со временем весь этот материал затягивается вовнутрь и исчезает.

Однако в космосе существует также большое количество черных дыр-изгоев, которые не взаимодействуют ни с каким объектом, поскольку рядом с ними вообще ничего нет. Это существенно затрудняет их обнаружение, а потому ученые даже не подозревают, сколько таких объектов может существовать во Вселенной. К тому же это мешает исследователям лучше понять процесс жизни звезды — их рождения и смерти.

Ученые использовали гравитационное линзирование — эффект, впервые предсказанный теорией относительности Эйнштейна. Этот метод обнаружения черных дыр считается относительно новым — впервые черную дыру подобным способом обнаружили лишь в прошлом году.

Суть в том, что гравитация объекта очень зависит от его массы. Благодаря тому, что черные дыры — это чрезвычайно массивные астрономические объекты, их гравитация может сравниться с целыми галактиками. Если подобный мощный объект пройдет перед определенным наблюдаемым телом, гравитация исказит излучаемый им свет до кольцеобразной формы — так называемого кольца Эйнштейна.

Таким образом, гравитация этого массивного объекта выступает в роли линзы — такого себе «естественного телескопа», который исследователи могут использовать для изучения далеких объектов, которые невозможно наблюдать напрямую.

Команда ученых обнаружила короткую вспышку света, исходящую от далекой звезды. Они не могли понять, почему звезда вдруг увеличила свою светимость, а затем вернулась к обычному состоянию, а потом решили изучить ее подробнее. В течении шести лет они фотографировали ее при помощи Хаббла, чтобы понять направление ее движения, а также понять, что именно спровоцировало ту самую вспышку.

Исследователи понимали, что здесь не обошлось без эффекта гравитационного линзирования, однако не могли понять, что именно выступило этой «линзой». Среди предположений была какая-нибудь тусклая звезда или одинокая черная дыра, которая до сих пор не была обнаружена ни разу. Спустя годы наблюдений, ученые выяснили, что объект находится на расстоянии около 5 тыс. световых лет от Земли. Однако, если бы это была звезда — даже очень тусклая — мы бы все равно могли ее видеть.

Поэтому ученые пришли к выводу, что в качестве линзы выступила «невидимая» черная дыра.

Подтвердить их наблюдения можно будет уже совсем скоро, когда к работе приступят обсерватория Веры Рубин и космический телескоп Nancy Grace Roman, которые смогут изучать космос с беспрецедентной детализацией. Помощником выступит также космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который приступит к работе уже через несколько месяцев.