Чорна діра середньої маси

Кулясте скупчення Mayall II (M31 G1) є можливим кандидатом на існування чорної діри середньої маси в його центрі[1]

Чорна діра середньої маси (англ. intermediate-mass black hole, IMBH) — це гіпотетичний клас чорних дір з масою в діапазоні від 100 до мільйона сонячних мас — більше, ніж у чорних дір зоряної маси, але менше надмасивних чорних дір.

Поки що немає прямого виявлення IMBH, але є лише непрямі підтвердження їх існування з різних напрямків.

Спостережні докази

Найпотужніше свідчення існування IMBH походить з небагатьох активних ядер галактик низької світності.[2] З огляду на їх активність, ці галактики майже напевно містять аккретуючі чорні діри і в деяких випадках масу чорної діри можна оцінити, використовуючи метод мапування реверберації (reverberation mapping). Наприклад, у спіральній галактиці NGC 4395, розташованій на відстані бл. 4 млн парсек, ймовірно міститься чорна діра з масою близько 3,6×105 мас сонця.[3]

Деякі надяскраві джерела рентгенівського випромінення (ULX) в найближчих галактиках імовірно містять IMBH з масами від сотень до тисяч сонячних мас.[4] ULX спостерігаються в регіонах зореутворення (наприклад, в галактиці зі спалахом зореутворення М82[5]) і мабуть пов'язані з молодими зоряними скупченнями, які спостерігаються в цих регіонах. Однак тільки динамічне вимірювання мас з аналізу оптичного спектру зорі-компаньйона може підтвердити присутність IMBH як компактного акретора ULX.

Кілька кулястих скупчень вважаються такими, що містять IMBH, на основі вимірювань швидкостей зірок поблизу їх центрів; на фото показаний один кандидатів. Проте жодна із заяв про виявлення не витримала критики[2]. Наприклад, дані про M31 G1, об'єкт, показаного на фото, можна однаково добре пояснити без масивного центрального об'єкта.[6]

Додаткові докази існування IMBH можуть бути отримані з спостереження гравітаційного випромінювання подвійної зорі, яка складається з IMBH і компактного залишку або іншої IMBH.[7][8]

Нарешті, співвідношення M–сигма, крім чорних дір зоряних мас та надмасивних чорних дір, передбачає існування чорних дір з масами від 104 до 106 мас Сонця у галактиках низької світності.

Заяви про відкриття

RX J1140.1+0307 це спіральна галактика, світліша в центрі, містить чорну діру середньої маси.[9]

У листопаді 2004 року група астрономів повідомила про виявлення GCIRS 13E, першої чорної діри середньої маси в нашій Галактиці, яка обертається у трьох світлових роках від Стрільця A*.[10] Середня чорна діра в 1300 сонячних мас знаходиться у скупченні із семи зірок, що можливо є залишком масивного зоряного скупчення, більшість зірок якого були поглинені Галактичним центром. Це спостереження може надати підтримку ідеї про те, що надмасивні чорні діри зростають, поглинаючи довколишні менші чорні діри і зорі. Проте в 2005 році німецька дослідницька група стверджувала, що наявність IMBH біля галактичного центру є сумнівною, засновуючись на дослідженні динаміки зоряного скупчення, щодо якого було висловлено ідею про існування IMBH.[11] IMBH біля галактичного центру також може бути виявлено через її вплив на зорі, що обертаються навколо надмасивної чорної діри.[12]

У січні 2006 року група вчених під керівництвом Філіпа Кааре з Університету Айови оголосила про відкриття квазіперіодичних коливань від кандидата у чорні діри середньої маси, виявленому з використанням інструменту НАСА «Rossi X-ray Timing Explorer». Довкола кандидата, M82 X-1, обертається зоря-червоний гігант, яка скидає свою атмосферу в чорну діру.[13] Ні існування коливань, ні їх інтерпретація як орбітальний період системи повністю не приймаються рештою наукового співтовариства. Хоча така інтерпретація цілком прийнятна, стверджувана періодичність заснована всього на близько 4 циклах, а це означає, що вона цілком можливо може бути випадковою варіацією. А якщо періодичність реальна, то вона може бути або орбітальний період, як припустила зазначена група вчених, або над-орбітальний період в аккреційному диску, який спостерігається в багатьох інших системах.

У 2009 році група астрономів під керівництвом Шона Фарелла виявила HLX-1, кандидат у чорні діри середньої маси, з невеликим зоряним скупченням навколо неї, у галактиці ESO 243-49. Це свідчить про те, що можливо ESO 243-49 в минулому зіткнулась з галактикою HLX-1 і поглинула більшість речовини меншої галактики.[14]

Команда радіотелескопу CSIRO в Австралії оголосила 9 липня 2012 року те, що вона виявила першу чорну діру середньої маси.[15]

У 2015 році команда університету Кейо в Японії виявили газову хмару (CO-0.40-0.22) з дуже широким розподілом швидкостей.[16] Вони виконали моделювання і прийшли до висновку, що модель з чорною дірою масою бл. 100 000 сонячних мас найкращим чином підходить для розподілу швидкостей.[17]

Теорії формування

Чорні діри середніх мас занадто масивні, щоб утворитись у результаті розпаду єдиної зорі, як вважається формуються чорні діри зоряних мас. А їх оточення не містить екстремальних умов, наприклад, високої щільності і швидкостей, спостережуваних в центрах галактик — що ймовірно веде до утворення надмасивних чорних дір.

Постульовано три сценарії формування IMBH:

Примітки

  1. ↑ Gebhardt, Karl; Rich, R. M.; Ho, Luis C. (December 2005), An Intermediate-Mass Black Hole in the Globular Cluster G1: Improved Significance from New Keck and Hubble Space Telescope Observations, The Astrophysical Journal, 634 (2): 1093—1102, arXiv:astro-ph/0508251, Bibcode:2005ApJ...634.1093G, doi:10.1086/497023
  2. ↑ а б Merritt, David (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 9781400846122.
  3. ↑ Peterson, Bradley та ін. (2005). Multiwavelength Monitoring of the Dwarf Seyfert 1 Galaxy NGC 4395. I. A Reverberation-based Measurement of the Black Hole Mass. The Astrophysical Journal. 632: 799—808. arXiv:astro-ph/0506665. Bibcode:2005ApJ...632..799P. doi:10.1086/444494.
  4. ↑ Maccarone, T.J.; Kundu, A; Zepf, SE; Rhode, KL (2007). A black hole in a globular cluster. Nature. 445 (7124): 183—185. arXiv:astro-ph/0701310. Bibcode:2007Natur.445..183M. doi:10.1038/nature05434. PMID 17203062.
  5. ↑ Patruno, A.; Portegies Zwart, S.; Dewi, J.; Hopman, C. (2006). The ultraluminous X-ray source in M82: an intermediate-mass black hole with a giant companion. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. 370 (1): L6—L9. arXiv:astro-ph/0506275. Bibcode:2006MNRAS.370L...6P. doi:10.1111/j.1745-3933.2006.00176.x.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  6. ↑ Baumgardt, H. та ін. (2003). A Dynamical Model for the Globular Cluster G1. The Astrophysical Journal. 589: L25—L28. arXiv:astro-ph/0301469. Bibcode:2003ApJ...589L..25B. doi:10.1086/375802.
  7. ↑ Hopman, Clovis; Simon Portegies Zwart (2005). Gravitational waves from remnants of ultraluminous X-ray sources. Mon.Not.Roy.Astron.Soc.Lett. 363 (1): L56—L60. arXiv:astro-ph/0506181. Bibcode:2005MNRAS.363L..56H. doi:10.1111/j.1745-3933.2005.00083.x.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  8. ↑ Measuring Intermediate-Mass Black-Hole Binaries with Advanced Gravitational Wave Detectors. Gravitational Wave Group. University of Birmingham. Процитовано 28 листопада 2015.
  9. ↑ A black hole of puzzling lightness. www.spacetelescope.org. Процитовано 9 січня 2017.
  10. ↑ S2 and Central Black Hole
  11. ↑ Schoedel, R.; A. Eckart; C. Iserlohe; R. Genzel; T. Ott (2005). A Black Hole in the Galactic Center Complex IRS 13E?. Astrophys. J. 625 (2): L111—L114. arXiv:astro-ph/0504474. Bibcode:2005ApJ...625L.111S. doi:10.1086/431307.
  12. ↑ Gualandris, A.; Merritt, D. (2009). Perturbations of Intermediate-mass Black Holes on Stellar Orbits in the Galactic Center. Astrophys. J. 705 (1): 361—371. arXiv:0905.4514. Bibcode:2009ApJ...705..361G. doi:10.1088/0004-637X/705/1/361.
  13. ↑ Dying Star Reveals More Evidence for New Kind of Black Hole | Science Blog
  14. ↑ Waugh, Rob (15 лютого 2012). Star wars: Hubble captures remains of shredded galaxy around rare new kind of black hole. Daily Mail.
  15. ↑ Nease, Eric (9 липня 2012). Astronomers spot the very first intermediate-mass black hole. The Bunsen Burner. Phillips Cronkite Media Group. Архів оригіналу за 13 липня 2012. Процитовано 9 липня 2012.
  16. ↑ Oka, Tomoharu; Mizuno, Reiko; Miura, Kodai; Takekawa, Shunya (28 грудня 2015). Signature of an Intermediate-Mass Black Hole in the Central Molecular Zone of Our Galaxy. Astrophysical Journal. 816 (1): L7. arXiv:1512.04661. Bibcode:2016ApJ...816L...7O. doi:10.3847/2041-8205/816/1/L7.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  17. ↑ Signs of Second Largest Black Hole in the Milky Way - Possible Missing Link in Black Hole Evolution. National Astronomical Observatory of Japan. 15 січня 2016.

Посилання