Черная дыра промежуточной массы
Черная дыра промежуточной массы ( IMBH ) — это класс черных дыр с массой в диапазоне 10 2 –10 5 Солнечные массы : значительно выше, чем у звездных черных дыр , но ниже, чем у 10 5 –10 9 солнечной массы сверхмассивные черные дыры . [2] [3] Несколько объектов-кандидатов IMBH были обнаружены в галактике Млечный Путь и других близлежащих объектах на основе косвенных наблюдений скорости газового облака и спектров аккреционного диска различной доказательной силы.
Наблюдательные данные
[ редактировать ]Сигнал гравитационной волны , GW190521 , произошедший 21 мая 2019 года в 03:02:29 UTC [4] и был опубликован 2 сентября 2020 г. [5] [6] [7] возникло в результате слияния двух черных дыр. Они имели массы 85 и 65 солнечных масс и слились, образовав черную дыру массой 142 солнечных массы, из которой 8 солнечных масс излучались в виде гравитационных волн. [8] [5] [6] [7]
До этого самые убедительные доказательства существования IMBH были получены от нескольких активных галактических ядер низкой светимости . [9] Благодаря своей активности эти галактики почти наверняка содержат аккрецирующие черные дыры, и в некоторых случаях массы черных дыр можно оценить с помощью техники реверберационного картирования . Например, спиральная галактика NGC 4395 на расстоянии около 4 Мпк, по-видимому, содержит черную дыру массой около 3,6 × 10 5 солнечные массы. [10] [ соответствующий? ]
Самая большая на сегодняшний день выборка черных дыр промежуточной массы включает 305 кандидатов. [11] выбран в результате сложного анализа миллиона оптических спектров галактик, собранных Слоанским цифровым обзором неба. [12] Рентгеновское излучение было обнаружено у 10 из этих кандидатов. [11] подтверждая их классификацию как IMBH.
Предполагается, что некоторые сверхяркие источники рентгеновского излучения (ULX) в близлежащих галактиках являются IMBH с массой от ста до тысячи солнечных масс . [13] ULX наблюдаются в областях звездообразования (например, в звездообразующей галактике M82 [14] ), и, по-видимому, связаны с молодыми звездными скоплениями, которые также наблюдаются в этих регионах. Однако только динамическое измерение массы на основе анализа оптического спектра звезды-компаньона может выявить наличие IMBH как компактного аккретора ULX.
нескольких шаровых скоплениях На основании измерений скоростей звезд вблизи их центров было заявлено, что в содержатся IMBH; на рисунке показан один объект-кандидат. Однако ни одно из заявленных обнаружений не выдержало проверки. [9] Например, данные для M31 G1 , объекта, показанного на рисунке, могут быть одинаково хорошо подогнаны без массивного центрального объекта. [15]
Дополнительные доказательства существования IMBH могут быть получены путем наблюдения гравитационного излучения , испускаемого двойной системой, содержащей IMBH и компактный остаток или другую IMBH. [16] [17]
Наконец, соотношение M–сигма предсказывает существование черных дыр с массами 10 4 до 10 6 Солнечные массы в галактиках низкой светимости. [18] Самая маленькая черная дыра, предсказанная соотношением M-сигма, — это ядро галактики RGG 118 с массой всего около 50 000 солнечных масс. [19]
Потенциальные открытия
[ редактировать ]В ноябре 2004 года группа астрономов сообщила об открытии GCIRS 13E , первой черной дыры промежуточной массы в галактике Млечный Путь , вращающейся на орбите в трех световых годах от Стрельца A* . [21] Эта средняя черная дыра массой 1300 солнечных масс находится в скоплении из семи звезд, возможно, остатке массивного звездного скопления, разрушенного Галактическим центром . Это наблюдение может добавить поддержку идее о том, что сверхмассивные черные дыры растут за счет поглощения близлежащих меньших черных дыр и звезд. Однако в 2005 году немецкая исследовательская группа заявила, что присутствие IMBH вблизи галактического центра сомнительно, основываясь на динамическом исследовании звездного скопления, в котором, как утверждается, находится IMBH. [22] ЧДМ вблизи центра галактики также можно было обнаружить по ее возмущениям на звездах, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры. [23]
В январе 2006 года группа под руководством Филипа Каарета из Университета Айовы объявила об открытии квазипериодических колебаний кандидата в черные дыры промежуточной массы, обнаруженного с помощью Rossi X-ray Timing Explorer НАСА . Кандидат, M82 X-1 , находится на орбите красного гиганта , который теряет свою атмосферу в черную дыру. [24] Ни существование колебания, ни его интерпретация как орбитального периода системы не полностью приняты остальным научным сообществом, поскольку заявленная периодичность основана всего лишь на четырех циклах, а это означает, что это может быть случайным изменением. . Если период реален, то это может быть либо орбитальный период, как предполагается, либо суперорбитальный период в аккреционном диске, как это наблюдается во многих других системах. [ нужна ссылка ]
В 2009 году группа астрономов под руководством Шона Фаррелла обнаружила HLX-1 , черную дыру промежуточной массы с меньшим скоплением звезд вокруг нее. [25] в галактике ESO 243-49. Эти данные свидетельствуют о том, что ESO 243-49 столкнулась с галактикой HLX-1 и поглотила большую часть вещества меньшей галактики.
9 июля 2012 года команда радиотелескопа CSIRO в Австралии объявила, что обнаружила первую черную дыру промежуточной массы. [26]
В 2015 году команда Университета Кейо в Японии обнаружила газовое облако ( CO-0,40-0,22 ) с очень широким разбросом скоростей. [27] Они провели моделирование и пришли к выводу, что модель с черной дырой массой около 100 000 солнечных масс лучше всего подходит для распределения скоростей. [28] Однако более поздняя работа указала на некоторые трудности, связанные с связью высокоскоростных дисперсионных облаков с черными дырами промежуточной массы, и предположила, что такие облака могут порождаться сверхновыми . [29] Дальнейшие теоретические исследования газового облака и близлежащих кандидатов на IMBH оказались безрезультатными, но вновь открыли такую возможность. [30]
В 2017 году было объявлено, что в шаровом скоплении 47 Тукана может располагаться черная дыра массой в несколько тысяч солнечных . Это было основано на ускорениях и распределении пульсаров в скоплении; [31] однако более поздний анализ обновленного и более полного набора данных об этих пульсарах не нашел положительных доказательств этого. [32]
В 2018 году команда Университета Кейо обнаружила несколько потоков молекулярного газа, вращающихся вокруг невидимого объекта вблизи галактического центра, получившего обозначение HCN-0,009-0,044 , и предположила, что это черная дыра с массой 32 000 солнечных масс, и, если это так, то это третья обнаруженная IMBH. в регионе. [33]
Наблюдения 2019 года обнаружили доказательства гравитационно-волнового явления ( GW190521 ), возникшего в результате слияния двух черных дыр промежуточной массы с массами в 66 и 85 раз больше солнечной. [36] В сентябре 2020 года было объявлено, что образовавшаяся слившаяся черная дыра весила 142 солнечных массы, причем 9 солнечных масс излучались в виде гравитационных волн. [8] [5] [6] [7]
В 2020 году астрономы сообщили о возможном обнаружении черной дыры промежуточной массы под названием 3XMM J215022.4-055108 в направлении созвездия Водолея , примерно в 740 миллионах световых лет от Земли. [37] [38]
В 2021 году сообщение об открытии черной дыры промежуточной массы массой 100 000 солнечных в шаровом скоплении B023-G78 в Галактике Андромеды было опубликовано на arXiv в виде препринта. [39]
В 2023 году анализ собственных движений ближайшего известного шарового скопления Мессье 4 выявил избыточную массу примерно в 800 солнечных масс в центре, которая, по-видимому, не расширена и, таким образом, может быть лучшим кинематическим доказательством существования IMBH ( даже если нельзя полностью сбрасывать со счетов необычно компактное скопление компактных объектов, белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр звездной массы). [34] [35]
Исследование, проведенное 10 июля 2024 года, изучило семь быстро движущихся звезд из центра шарового скопления Омега Центавра и обнаружило, что эти звезды соответствуют черной дыре промежуточной массы с массой не менее 8200 солнечных масс. [40]
Источник
[ редактировать ]Черные дыры промежуточной массы слишком массивны, чтобы образоваться в результате коллапса одиночной звезды. Именно так, как звездные черные дыры полагают, образуются . В их среде отсутствуют экстремальные условия – то есть высокая плотность и скорости, наблюдаемые в центрах галактик – которые, по-видимому, приводят к образованию сверхмассивных черных дыр . Существует три постулируемых сценария формирования IMBH. Первый — это слияние черных дыр звездной массы с другими компактными объектами путем аккреции . Второй — это безудержное столкновение массивных звезд в плотных звездных скоплениях и коллапс продукта столкновения в IMBH. В-третьих, это первичные черные дыры, образовавшиеся в результате Большого взрыва . [41] [42] [43]
Ученые также рассмотрели возможность создания черных дыр промежуточной массы посредством механизмов , связанных с коллапсом одиночной звезды, таких как возможность прямого коллапса в черные дыры звезд с массой гелиевого ядра до сверхновой > 133 M ☉ (к избегайте парной нестабильной сверхновой , которая полностью разрушила бы звезду), требуя начальную общую звездную массу> 260 M ☉ , но шансов наблюдать такой массивный остаток сверхновой может быть мало. Недавние теории предполагают, что такие массивные звезды, которые могут привести к образованию черных дыр промежуточной массы, могут образовываться в молодых звездных скоплениях в результате множественных звездных столкновений. [44]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гебхардт, Карл; Рич, РМ; Хо, Луис К. (декабрь 2005 г.), «Черная дыра промежуточной массы в шаровом скоплении G1: повышенная значимость по данным наблюдений с помощью новых космических телескопов Кека и Хаббла», The Astrophysical Journal , 634 (2): 1093–1102, arXiv : astro-ph/0508251 , Bibcode : 2005ApJ...634.1093G , doi : 10.1086/497023 , S2CID 119049663
- ^ Цзян, Ян-Фей; Грин, Дженни Э.; Хо, Луис К.; Сяо, Тин; Барт, Аарон Дж. (2011), «Галактики-хозяева черных дыр малой массы»
- ^ Грэм, Алистер В.; Скотт, Николас (2015), «Соотношение масштабирования массы (черной дыры)-выпуклости при малых массах»
- ^ «Триггер GW S190521g («GW 190521»)» . Университет Лестера . 2020. Архивировано из оригинала 28 июня 2020 года . Проверено 26 июня 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с Эбботт, Р.; и др. (2 сентября 2020 г.). «Свойства и астрофизические последствия слияния 150 M ⊙ бинарных черных дыр GW190521» . Астрофизический журнал . 900 (1): Л13. arXiv : 2009.01190 . Бибкод : 2020ApJ...900L..13A . дои : 10.3847/2041-8213/aba493 .
- ^ Jump up to: а б с Эбботт, Р.; и др. (2 сентября 2020 г.). «GW190521: Слияние двойных черных дыр с общей массой 150 M ⊙» . Письма о физических отзывах . 125 (10): 101102. arXiv : 2009.01075 . Бибкод : 2020PhRvL.125j1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.125.101102 . ПМИД 32955328 .
- ^ Jump up to: а б с Мартин (2 сентября 2020 г.). «GW190521: Самое массивное столкновение черной дыры, наблюдаемое на сегодняшний день» (PDF) . Научное сотрудничество ЛИГО . Архивировано (PDF) из оригинала 4 сентября 2020 г. Проверено 2 сентября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Сигел, Итан (3 сентября 2020 г.). «Крупнейшее массовое слияние LIGO за всю историю предвещает революцию черных дыр» . Форбс . Архивировано из оригинала 4 сентября 2020 года . Проверено 5 сентября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Мерритт, Дэвид (2013). Динамика и эволюция галактических ядер . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 9781400846122 .
- ^ Петерсон, Брэдли; и др. (2005). «Многоволновой мониторинг карликовой сейфертовской галактики 1 NGC 4395. I. Измерение массы черной дыры на основе реверберации». Астрофизический журнал . 632 (2): 799–808. arXiv : astro-ph/0506665 . Бибкод : 2005ApJ...632..799P . дои : 10.1086/444494 . S2CID 13886279 .
- ^ Jump up to: а б Чилингарян Игорь; и др. (2018). «Население настоящих черных дыр промежуточной массы, идентифицированных как активные ядра галактик низкой светимости» . Астрофизический журнал . 863 (1): 799–808. arXiv : 1805.01467 . Бибкод : 2018ApJ...863....1C . дои : 10.3847/1538-4357/aad184 . S2CID 119093965 .
- ^ Слоановский обзор цифрового неба https://www.sdss.org
- ^ Маккароне, Ти Джей; Кунду, А; Цепф, SE; Род, КЛ (2007). «Черная дыра в шаровом скоплении». Природа . 445 (7124): 183–185. arXiv : astro-ph/0701310 . Бибкод : 2007Natur.445..183M . дои : 10.1038/nature05434 . ПМИД 17203062 . S2CID 4323113 .
- ^ Патруно, А.; Портегиес Цварт, С.; Деви, Дж.; Хопман, К. (2006). «Сверхяркий источник рентгеновского излучения в M82: черная дыра промежуточной массы с гигантским компаньоном» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма . 370 (1): L6–L9. arXiv : astro-ph/0506275 . Бибкод : 2006MNRAS.370L...6P . дои : 10.1111/j.1745-3933.2006.00176.x . S2CID 10694200 .
- ^ Баумгардт, Х.; и др. (2003). «Динамическая модель шарового скопления G1». Астрофизический журнал . 589 (1): Л25–Л28. arXiv : astro-ph/0301469 . Бибкод : 2003ApJ...589L..25B . дои : 10.1086/375802 . S2CID 119464795 .
- ^ Хопман, Кловис; Саймон Портегиес Цварт (2005). «Гравитационные волны от остатков сверхярких рентгеновских источников» . Пн. Нет. Р. Астрон. Соц. Летт . 363 (1): L56–L60. arXiv : astro-ph/0506181 . Бибкод : 2005MNRAS.363L..56H . дои : 10.1111/j.1745-3933.2005.00083.x . S2CID 6904146 .
- ^ «Измерение двойных черных дыр средней массы с помощью усовершенствованных детекторов гравитационных волн» . Группа гравитационных волн . Университет Бирмингема . Проверено 28 ноября 2015 г.
- ^ Лютцгендорф, Н.; и др. (2013). «Соотношение M • - σ для черных дыр промежуточной массы в шаровых скоплениях». Астрономия и астрофизика . 555 (А26). arXiv : 1304.7156 . дои : 10.1051/0004-6361/201321183 .
- ^ Бальдассаре, Вивьен Ф.; Рейнс, Эми Э.; Галло, Елена; Грин, Дженни Э. (2015). «Черная дыра массой ~ 50 000 M ⊙ Солнца в ядре RGG 118». Астрофизический журнал . 809 (1): Л14. arXiv : 1506.07531 . Бибкод : 2015ApJ...809L..14B . дои : 10.1088/2041-8205/809/1/L14 . S2CID 84177579 .
- ^ «Черная дыра загадочной легкости» . www.spacetelescope.org . Проверено 9 января 2017 г.
- ^ S2 и Центральная черная дыра
- ^ Шедель, Р.; А. Эккарт; К. Изерлоэ; Р. Гензель; Т. Отт (2005). «Черная дыра в комплексе галактического центра IRS 13E?». Астрофизический журнал . 625 (2): Л111–Л114. arXiv : astro-ph/0504474 . Бибкод : 2005ApJ...625L.111S . дои : 10.1086/431307 . S2CID 10250848 .
- ^ Гуаландрис, А.; Мерритт, Д. (2009). «Возмущения черных дыр промежуточной массы на звездных орбитах в галактическом центре». Астрофиз. Дж . 705 (1): 361–371. arXiv : 0905.4514 . Бибкод : 2009ApJ...705..361G . дои : 10.1088/0004-637X/705/1/361 . S2CID 17649160 .
- ^ Умирающая звезда раскрывает больше доказательств существования нового типа черной дыры | Научный блог
- ^ Сория, Роберто; Хау, Джордж КТ; Грэм, Алистер В.; Конг, Альберт К.Х.; Куин, Н. Пол М.; Ли, И.-Хуэй; Лю, Цзи-Фэн; Ву, Кинва (2010), «Открытие оптического аналога сверхсветящегося источника рентгеновского излучения в ESO 243-49»
- ^ Низ, Эрик (9 июля 2012 г.). «Астрономы обнаружили самую первую черную дыру промежуточной массы» . Горелка Бунзена . Филлипс Кронкайт Медиа Групп. Архивировано из оригинала 13 июля 2012 года . Проверено 9 июля 2012 года .
- ^ Ока, Томохару; Мизуно, Рэйко; Миура, Кодай; Такекава, Шунья (28 декабря 2015 г.). «Признак черной дыры промежуточной массы в центральной молекулярной зоне нашей Галактики» . Астрофизический журнал . 816 (1): Л7. arXiv : 1512.04661 . Бибкод : 2016ApJ...816L...7O . дои : 10.3847/2041-8205/816/1/L7 . S2CID 119228384 .
- ^ «Признаки второй по величине черной дыры в Млечном Пути – возможное недостающее звено в эволюции черной дыры» . Наодж: Национальная астрономическая обсерватория Японии . Национальная астрономическая обсерватория Японии. 15 января 2016 г.
- ^ Ялиневич, Альмог; Бениамини, Паз (2018), «Сверхновые порождают высокоскоростные компактные облака», Astronomy & Astrophysicals , 612 : L9, arXiv : 1709.05738 , Bibcode : 2018A&A...612L...9Y , doi : 10.1051/0004-6361/201732389 , S2CID 119012130
- ^ Баллоне, Алессандро; Мапелли, Микела; Паскуато, Марио (11 ноября 2018 г.). «Взвешивание кандидата IMBH CO-0,40-0,22* в Галактическом Центре» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 480 (4): 4684–4692. arXiv : 1809.01664 . Бибкод : 2018MNRAS.480.4684B . дои : 10.1093/mnras/sty2139 . ISSN 0035-8711 . S2CID 119252027 .
- ^ Кызылтан, Бюлент; Баумгардт, Хольгер; Леб, Авраам (2017). «Черная дыра промежуточной массы в центре шарового скопления 47 Тукана». Природа . 542 (7640): 203–205. arXiv : 1702.02149 . Бибкод : 2017Natur.542..203K . дои : 10.1038/nature21361 . ПМИД 28179649 . S2CID 1289123 .
- ^ Фрейре, Пауло; Ридольфи, Алессандро; Крамер, Майкл (2017). «Длительные наблюдения пульсаров в 47 Туканае - II. Собственные движения, ускорения и рывки» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 471 (7640): 857–876. arXiv : 1706.04908 . Бибкод : 2017MNRAS.471..857F . дои : 10.1093/mnras/stx1533 . S2CID 119240682 .
- ^ Такекава, Шунья; Ока, Томохару; Ивата, Юхей; Цудзимото, Сихо; Номура, Марико (16 января 2019 г.). «Признак существования еще одной черной дыры промежуточной массы в галактическом центре» . Астрофизический журнал . 871 (1): Л1. arXiv : 1812.10733 . Бибкод : 2019ApJ...871L...1T . дои : 10.3847/2041-8213/aafb07 . ISSN 2041-8213 . S2CID 119418223 .
- ^ Jump up to: а б Витрал, Э.; и др. (2023). «Неуловимая темная центральная масса в шаровом скоплении М4» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 522 (4): 5740–5757. arXiv : 2305.12702 . Бибкод : 2023MNRAS.522.5740V . дои : 10.1093/mnras/stad1068 .
- ^ Jump up to: а б «Хаббл НАСА охотится за черной дырой среднего размера недалеко от дома» . НАСА . 23 мая 2023 г. Проверено 23 мая 2023 г.
- ^ «Научное сотрудничество LIGO – наука об исследованиях LSC» . www.ligo.org . Проверено 2 сентября 2020 г.
- ^ До свидания, Деннис (6 мая 2020 г.). «Глубоко в космическом лесу черная дыра могла бы понравиться Златовласке» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 мая 2020 г.
- ^ Лин, Даченге; и др. (2020). «Многоволновое наблюдение за сверхсветящейся черной дырой средней массы 3XMM J215022.4-055108» . Астрофизический журнал . 892 (2): Л25. arXiv : 2002.04618 . Бибкод : 2020ApJ...892L..25L . дои : 10.3847/2041-8213/ab745b . S2CID 211082676 .
- ^ Старр, Мишель (19 ноября 2021 г.). «Астрономы, возможно, обнаружили редкую черную дыру, «недостающее звено» у нашего ближайшего соседа» . НаукаАлерт .
- ^ Хаберле, Максимилиам; и еще 17 (10 июля 2024 г.). «Быстро движущиеся звезды вокруг черной дыры промежуточной массы в Омеге Центавра» . Природа . 631 (8020): 285–288. arXiv : 2405.06015 . Бибкод : 2024Natur.631..285H . дои : 10.1038/s41586-024-07511-z . ПМЦ 11236702 . ПМИД 38987499 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Бин, Рэйчел; Магейхо, Жоао (2002). «Могут ли сверхмассивные черные дыры быть типичными первичными черными дырами?». Физический обзор D . 66 (6): 063505. arXiv : astro-ph/0204486 . Бибкод : 2002PhRvD..66f3505B . дои : 10.1103/PhysRevD.66.063505 . S2CID 36067101 .
- ^ Кавасаки, М.; Кусенко А.; Янагида, Т. (2012). «Первородные семена сверхмассивных черных дыр». Буквы по физике Б. 711 (1): 1–5. arXiv : 1202.3848 . Бибкод : 2012PhLB..711....1K . дои : 10.1016/j.physletb.2012.03.056 . S2CID 119229231 .
- ^ Клессе, С.; Гарсия-Беллидо, Дж. (2015). «Массивные первичные черные дыры от гибридной инфляции как темная материя и семена галактик». Физический обзор D . 92 (2): 023524. arXiv : 1501.07565 . Бибкод : 2015PhRvD..92b3524C . doi : 10.1103/PhysRevD.92.023524 . hdl : 10486/674729 . S2CID 118672317 .
- ^ Ди Карло, ООН (2019). «Слияние черных дыр в молодых звездных скоплениях» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма . 487 (2): 2947–2960. arXiv : 1901.00863v1 . Бибкод : 2019MNRAS.487.2947D . дои : 10.1093/mnras/stz1453 . S2CID 119252415 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- В космическом саду пропали семена черной дыры
- Снимки звездообразования галактики M82, сделанные Чандрой
- Пресс-релиз НАСА об открытии IMBH космическим телескопом Хаббл
- Новое поколение черных дыр, Дэвид Кастельвекки Sky & Telescope, апрель 2006 г.