Вчені вперше виявили «невидиму» чорну діру. Як їм це вдалося?

Ще один великий крок могли зробити британські дослідники із Відкритого університету. Разом зі своїми колегами вони зуміли виявити невидиму чорну дірку. Їхня робота зараз доступна на сервісі препринтів arXiv і проходить наукову перевірку перед публікацією в журналі The Astrophysical Journal.

Здавалося б, усі чорні діри невидимі, адже на те вони й чорні, що не відбивають жодного світла. Їхня гравітація настільки потужна, що не випускає назовні жоден фотон, який міг би показати нам чорну дірку. Незважаючи на те що це так, вчені спостерігають за цими об'єктами інакше — потужна гравітація не лише є їхнім маскуванням, а й видає їх місце розташування, адже воно явно впливає на об'єкти, що оточують чорну дірку — наприклад, зірки.

Перша фотографія чорної діри, яку у 2019 році зробила команда астрономів Event Horizon Telescope, була зроблена саме завдяки такій взаємодії. Чорна діра та зірка знаходилися в єдиній системі (тобто оберталися навколо загального центру мас), завдяки чому чорна дірка витягувала матеріал свого компаньйона. Цей матеріал створює акреційний диск, який складається з газу, пилу, плазми та інших частинок, які нагріваються та яскраво світяться, «підсвічуючи» чорну діру. Згодом весь цей матеріал затягується всередину та зникає.

Однак у космосі існує також велика кількість чорних дір-ізгоїв, які не взаємодіють з жодним об'єктом, оскільки поруч із ними взагалі нічого немає. Це суттєво ускладнює їхнє виявлення, а тому вчені навіть не підозрюють, скільки таких об'єктів може існувати у Всесвіті. До того ж це заважає дослідникам краще зрозуміти процес життя зірки — їх народження та смерті.

Науковці використали гравітаційне лінзування — ефект, вперше передбачений теорією відносності Ейнштейна. Цей метод виявлення чорних дірок вважається відносно новим — уперше чорну дірку подібним способом виявили лише минулого року.

Суть у тому, що гравітація об'єкта залежить від його маси. Завдяки тому, що чорні дірки — це надзвичайно масивні астрономічні об'єкти, їхня гравітація може зрівнятися з цілими галактиками. Якщо подібний потужний об'єкт пройде перед певним тілом, що спостерігається, гравітація спотворить випромінюваний ним світло до кільцеподібної форми — так званого кільця Ейнштейна.

Тож гравітація цього масивного об'єкта виступає в ролі лінзи — такого собі «природного телескопа», який дослідники можуть використовувати для вивчення далеких об'єктів, які неможливо спостерігати напряму.

Команда вчених виявила короткий спалах світла, що виходить від далекої зірки. Вони не могли збагнути, чому зірка раптом збільшила світність і повернулася до звичайного стану. Невдовзі науковці вирішили вивчити її докладніше. Протягом шести років вони фотографували її за допомогою Хаббла, щоб збагнути напрямок її руху, а також зрозуміти, що саме спровокувало спалах.

Дослідники розуміли, що тут не обійшлося без ефекту гравітаційного лінзування, проте не могли зрозуміти, що саме стало цією «лінзою». Серед припущень була якась тьмяна зірка або самотня чорна діра, яка досі не була виявлена. Через роки спостережень вчені з’ясували, що об'єкт знаходиться на відстані близько 5 тис. світлових років від Землі. Однак, якби це була зірка — навіть дуже тьмяна — ми все одно могли б її бачити.

Тому науковці дійшли висновку, що як лінза виступила «невидима» чорна діра.

Підтвердити їх спостереження можна буде вже зовсім скоро, коли роботу розпочнуть обсерваторія Віри Рубін і космічний телескоп Nancy Grace Roman, які зможуть вивчати космос з безпрецедентною деталізацією. Також помічником виступить космічний телескоп імені Джеймса Вебба, який розпочне роботу вже за декілька місяців.