Чёрные дыры промежуточной массы (IMBH), если они существуют, имеют массу от 100 до 1000 масс Солнца, занимая место между звёздными чёрными дырами и сверхмассивными чёрными дырами. Однако, хотя есть множество доказательств существования звёздных чёрных дыр и сверхмассивных чёрных дыр, доказательства существования IMBH не так убедительны. Есть много кандидатов, но нет единого мнения ни по одному из них. Тем не менее, наши теории о чёрных дырах показывают, что должно быть что-то среднее между звёздными чёрными дырами и сверхмассивными чёрными дырами, и IMBH могли бы быть недостающим звеном.
Наиболее известный кандидат IMBH
Наиболее известным кандидатом IMBH является шаровое скопление Омега Центавра (Omega Centauri). Оно находится примерно в 17 000 световых годах от нас и известно с древности, когда астрономы считали его одной звездой. Теперь мы знаем, что в нём около 10 миллионов звёзд, и наши мощные телескопы обнаружили тысячи отдельных звёзд в плотно упакованном скоплении. Астрономы полагают, что Омега Центавра может быть тем, что осталось от карликовой галактики, разрушенной Млечным Путём.
Чёрные дыры нельзя увидеть. Их присутствие можно определить по эффекту, который их массивная гравитация оказывает на окружающее пространство. Мы знаем, что в Млечном Пути есть сверхмассивная чёрная дыра из-за поведения близлежащих звёзд. То же самое может быть верно и для Омеги Центавра.
Исследование с помощью JWST
В статье 2024 года было обнаружено семь звёзд в центре Омеги Центавра, которые движутся очень быстро. Их скорость превышает скорость убегания, так что что-то удерживает их там. Наиболее очевидный вывод состоит в том, что IMBH удерживает их.
Новое исследование использовало JWST для изучения Омеги Центавра в поисках доказательств аккреции. Это исследование под названием «Чёрная дыра промежуточной массы в Омеге Центавра: ограничения на аккрецию от JWST» было представлено в «The Astrophysical Journal». Оно доступно на сервере препринтов arXiv, а ведущим автором является Стивен Чен из физического факультета Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия.
Ограничения на массу IMBH
Исследования установили ограничения на массу IMBH в Омеге. Движения быстрых звёзд в скоплении указывают на вероятный диапазон масс от 39 000 до 47 000 масс Солнца, с экстремально нижним пределом в 8 200 масс Солнца.
Наблюдения JWST не могут однозначно сказать, есть ли в Омеге IMBH. Они могут только установить дополнительные ограничения на её массу, основываясь на электромагнитном излучении и том, что учёные знают об эффективности аккреции. JWST исключил нижний предел в 8 200 масс Солнца из предыдущих исследований и предполагает массу около 20 000 масс Солнца.
Наблюдение за центром Омеги Центавра и попытка определить наличие IMBH на основе инфракрасных данных очень сложна. Регион переполнен звёздами, и то, что кажется одним точечным источником, может быть двумя или более звёздами, находящимися близко друг к другу.
«В заключение, несмотря на беспрецедентную глубину и разрешение, которые предлагает JWST, поиск сигналов IMBH в очень переполненных средах остаётся сложной задачей», — пишут авторы. «Ограничения по потоку в Омеге Центавра сильно зависят от близости к звёздам, в то время как ограничения по массе IMBH также зависят от модели аккреции и предположений о скорости аккреции массы».
Но установление всё более жёстких ограничений для объектов является важной частью научного прогресса. Ограничивая массу потенциальной IMBH в Омеге Центавра, эти авторы делают следующие шаги к возможному подтверждению существования этих неуловимых чёрных дыр, являющихся недостающим звеном.
Мощные возможности JWST в области инфракрасных наблюдений будут и дальше использоваться в поисках IMBH в Омеге. «Тем не менее, будущие наблюдения JWST могут дополнительно улучшить измерения собственного движения звёзд, полученные на основе 20-летних наблюдений HST», — пишут авторы, указывая на то, что глубина его изображений должна выявить новые быстрые звёзды поблизости, которые слишком слабы для других телескопов.
Но эти результаты показывают, что если IMBH там и есть, то она не излучает много радиации и, следовательно, не поглощает материю очень быстро. «Если эти будущие измерения собственного движения дополнительно подтвердят существование IMBH в Омеге Центавра, ограничения на её излучение могут быть использованы для уточнения моделей излучения ЧД в режимах с низкой скоростью аккреции», — заключают авторы.
Похоже, нам придётся подождать некоторое время, прежде чем наступит убедительный момент «Эврика!». Но, как показывает такое исследование, это может свестись к процессу исключения, пока единственным правдоподобным объяснением не станет IMBH.