Недалеко от нас обнаружено недостающее звено в эволюции чёрных дыр — невидимый объект промежуточной массы

Астрономы, работающие с телескопом «Хаббл», зафиксировали неоспоримые свидетельства существования чёрной дыры промежуточной массы — редчайшего типа объектов, который до сих пор оставался лишь теоретической гипотезой. Обнаруженный объект находится в шаровом звёздном скоплении Мессье 4 (М4) на расстоянии всего 6000 световых лет от Земли. По космическим меркам это расстояние сопоставимо с «соседним двором», что открывает уникальные возможности для изучения ранее неуловимого звена в эволюции галактик.

Находка ставит точку в многолетнем споре о существовании чёрных дыр, масса которых находится между 100 и 100 000 солнечных масс. До сих пор астрономам были известны лишь два «крайних» типа: компактные объекты звёздной массы (до 100 масс Солнца) и сверхмассивные монстры в центрах галактик (от миллионов до миллиардов солнечных масс). Провал между ними, который должна была заполнять промежуточная популяция, оставался одной из главных загадок современной астрофизики.

Охота на невидимку: как «Хаббл» нашёл иголку в стоге звёзд

Чёрные дыры невозможно увидеть напрямую — свет не покидает их гравитационную ловушку. Их обнаруживают по косвенным признакам: гравитационному воздействию на соседние звёзды или излучению перегретого вещества в аккреционном диске. Именно этот метод применила команда исследователей, проанализировав 12-летний архив наблюдений «Хаббла» за ядром шарового скопления М4.

Учёные зафиксировали хаотичное, но строго упорядоченное круговое движение звёзд вокруг невидимого центра масс. Моделирование показало, что единственным объектом, способным создавать такую гравитационную аномалию, является компактный объект массой около 800 солнечных масс. Это полностью исключает версии с роем тёмных карликов или нейтронных звёзд, которые не смогли бы обеспечить наблюдаемую динамику.

Почему этот кандидат уникален

Ранее астрономы уже находили кандидатов в чёрные дыры промежуточной массы, например, объекты 3XMM J215022.4-055108 (открыт в 2020 году) и HLX-1 (обнаружен в 2009-м). Однако все они располагались на окраинах других галактик, что затрудняло точные измерения. Новая находка в скоплении М4, находящемся относительно близко, позволяет провести беспрецедентно точный анализ.

«Хотя мы не можем полностью утверждать, что это центральная точка гравитации, мы можем показать, что она очень мала, — комментируют авторы исследования. — Она слишком мала, чтобы мы могли объяснить это иначе, чем одиночной чёрной дырой. Как вариант, может существовать звёздный механизм, о котором мы просто не знаем, по крайней мере, в рамках нынешней физики».

Открытие подтверждает теорию о том, что чёрные дыры промежуточной массы могут скрываться в центрах шаровых скоплений. Эти древние звёздные системы, вероятно, являются «строительными блоками» для более крупных галактик, а их центральные чёрные дыры — недостающими звеньями эволюции, которые со временем сливаются и превращаются в сверхмассивные объекты.

За последние десятилетия астрономы обнаружили сотни миллионов чёрных дыр звёздной массы только в нашей галактике, но ни одна из них не попадала в «промежуточный» диапазон. Рентгеновская обсерватория «Чандра» фиксировала подозрительные источники, однако их природа оставалась под вопросом. Теперь, благодаря точности «Хаббла» и длительному периоду наблюдений, наука получила самый убедительный на сегодняшний день аргумент в пользу существования этого класса объектов.

Если существование чёрных дыр промежуточной массы будет окончательно подтверждено, это кардинально изменит понимание процессов формирования галактик. Согласно современным моделям, сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик не могли возникнуть из ничего — им нужны «зародыши» массой в несколько тысяч солнечных. Обнаружение такого «зародыша» в соседнем скоплении означает, что ключевой механизм эволюции Вселенной может быть гораздо ближе и доступнее для изучения, чем считалось ранее.