Астрономы из Китая и США нашли черную дыру, которая не укладывается в ранее определенную зависимость яркости от массы. Объект в галактике Вертушка, который они изучали, массивнее Солнца не более чем в 30 раз при яркости, которая обычно указывает на намного большую массу. Подробности со ссылкой на публикацию в журнале Nature приводит Nature News.
Исследователи опирались на наблюдения при помощи телескопа Gemini, которые провели еще в 2010 году. Кроме того, они использовали данные рентгеновской обсерватории «Чандра», полученные еще раньше. Вспышки в рентгеновском диапазоне, которые дает M 101 ULX-1, были на порядки ярче, чем у обычных черных дыр звездной массы: поэтому ученые ранее думали, что масса черной дыры тоже заметно выше. ULX в название обозначает ультраяркий рентгеновский источник: про них «Лента.ру» недавно писала.
Черные дыры условно делятся на три типа. Звездные возникают при коллапсе звезд на поздней стадии жизни и их масса всегда находится в пределах от нескольких единиц (звезда должна быть тяжелее определенного предела для рождения черной дыры) до нескольких десятков масс Солнца. Черные дыры в центре галактик намного массивнее и их масса превышает солнечную уже на много порядков: вплоть до нескольких миллиардов. Еще некоторое число объектов попадает в промежуточную категорию, которая тяжелее звезд, но легче черных дыр в центре галактик. Причем чем тяжелее объект, тем он ярче: именно черные дыры являются источником энергии квазаров, самых ярких постоянных источников излучения.
Астрономы провели анализ спектра M 101 ULX-1 и звезды-компаньона, которая обращается вокруг общего с черной дырой центра масс. Спектр показал, что эта звезда практически лишена водорода, поэтому может быть либо белым карликом, либо звездой Вольфа-Райе. Для белого карлика объект был слишком ярким, поэтому ученые в своей работе сделали однозначный вывод в пользу короткоживущей массивной звезды.
Зная о том, что одна из частей двойной системы является звездой Вольфа-Райе, астрономы смогли также отделить спектр излучения черной дыры от спектра звезды и на основании этого оценить ее массу. Метод оценки массы по спектру излучения ранее был проверен четырьмя разными группами на примере двух иных черных дыр и потому считался достаточно надежным. Он показал, что M 101 ULX-1 превосходит Солнце в 20-30 раз. Объект попадает в категорию звездных, а не промежуточных черных дыр.
Новая пара обладает рядом отличий от ранее найденных двух пар «черная дыра - звезда Вольфа-Райе». Излучение черной дыры оказалось ярче и имело другой спектр. Рентгеновские лучи от M 101 ULX-1 отличаются меньшей энергией. Проанализировав изменения яркости и спектра, ученые определили расстояние между компонентами системы и пришли к выводу, что черная дыра не может вытягивать вещество из атмосферы звезды. Зато, по всей видимости, она окружена широким диском, который сформирован из подхваченного звездного ветра от звезды Вольфа-Райе. Именно этот диск отвечает за наблюдаемое астрономами рентгеновское излучение с необычными характеристиками.
Сверхмассивные черные дыры видны как минимум в рентгеновском и радиодиапазонах за счет процесса поглощения ими вещества. Газ, пыль и иногда звезды при падении сжимаются. Это вызывает разогрев, который заставляет вещество излучать. В результате взаимодействия образовавшейся плазмы с магнитными полями вдоль оси вращения черной дыры также выбрасываются струи, называемые джетами. Все эти явления позволили ученым ввести понятие «яркости» для черной дыры, которая сама по себе по определению не может выпускать даже свет.