Заховалися. Найбільш невловимі чорні діри можуть бути в серці Чумацького Шляху — ось як ми їх знайдемо

Попри численні дослідження, астрономи і досі не змогли виявити третій тип чорних дір, відомих як чорні діри проміжної маси (ЧДПМ), які теоретично існують. Вважається, що це чорні діри, які мають масу від кількох сотень до кількох тисяч Сонць — тобто вони більші за чорні діри зоряної маси, проте менші за надмасивні.

В астрофізиків є кілька гіпотез, де можна шукати чорні діри проміжної маси, а за останні кілька років у них навіть з’явилося кілька кандидатів (ми про них писали тут і тут), проте поки що немає жодного дослідження, яке підтверджувало б чи ідентифікувало ЧДПМ.

Астрономи відчайдушно прагнуть знайти ці «середні» чорні діри, оскільки завдяки ним дослідники зможуть краще зрозуміти еволюцію цих об'єктів загалом. Річ у тім, що ми й досі не розуміємо, звідки з’явились надмасивні чорні діри. Найбільш логічною гіпотезою є те, що маленькі чорні діри поступово зливалися, паралельно вбираючи в себе матеріал з навколишнього космосу та з часом виросли до гігантських розмірів. Проте у такому випадку десь у космосі мають існувати ці «проміжні» варіанти, які ще не встигли стати гігантами, чи не так?

Щоб знайти ці невловимі чорні діри, команда астрономів запропонувала використати гравітаційні хвилі. Ба більше, вони хочуть знайти їх не абиде, а буквально у нас під носом (звісно ж, зважаючи на галактичні масштаби) — біля центру Чумацького Шляху.

Гравітаційні хвилі — це брижі у тканині простору-часу, спровоковані найпотужнішими космологічними подіями, як то злиття чорних дір чи поглинання чорною дірою масивної зірки. Якщо дуже спростити, то їх можна порівняти з хвилями, які розходяться після того, як у воду падає камінь.

Завдяки гравітаційним хвилям вчені можуть вивчати події, які відбувалися у далекому минулому та на величезній відстані від нас. Так, потужна гравітаційна взаємодія запускає «вібрацію», що проходить крізь увесь простір-час. Фіксуючи подібні сигнали, дослідники можуть за їхньою формою та частотою визначати, які саме об'єкти брали участь в «аварії», їхню масу, а також відстань від Землі.

Для захоплення потенційних гравітаційних хвиль від ЧДПМ вчені пропонують використати космічний детектор LISA (Laser Interferometer Space Antenna), будівництво якого нещодавно перейшло до нового етапу розвитку.

LISA складатиметься з трьох супутників, які будуть обертатися навколо Сонця у формі трикутника. Довжина кожної сторони цього трикутника становитиме 1,5 млн миль. Коли гравітаційна хвиля викликає спотворення простору-часу, LISA виявить це, оскільки відстань між її космічними кораблями ненадовго зміниться. Система також зможе визначити з якої частини космосу прийшла гравітаційна хвиля.

Станом на зараз планується, що детектор повноцінно запрацює у 2037 році.

Для пошуку ЧДПМ астрономам доведеться сподіватися на щасливий випадок. Наприклад, якщо така чорна діра захопить своєю гравітацією об'єкт, який пролітатиме поруч із нею (наприклад, меншу чорну діру, нейтронну зорю або білий карлик), це утворить гравітаційні хвилі, які LISA точно зможе вловити.

Якщо в центрі Чумацького Шляху дійсно існують «середні» чорні діри, то рано чи пізно детектор зможе вловити сліди їхнього існування. Варто зазначити, що LISA не зможе вловити сигнали від маленьких чорних дір — щоб її детектори спрацювали, це має бути сигнал від чорної діри масою від 1000 сонячних мас. Крім того, пошук буде ускладнено тим, що поряд існуватиме надмасивна чорна діра, яка може видавати значно сильніші гравітаційні хвилі, які банально «заховають» усі інші.

Проте такий підхід дає вченим хоча б надію не тільки на те, що ми зможемо нарешті знайти ці загадкові об'єкти, а ще й побачимо їх майже поруч, що дозволить вивчити їх набагато детальніше, ніж якби вони існували в інших галактиках.