Странную вспышку в направлении Большого Магелланова Облака заметили астрономы

Фото из открытых источников

Международная группа астрономов зафиксировала короткую, но интенсивную вспышку в направлении Большого Магелланова Облака. Анализ указывает на компактный объект массой всего в три лунные массы.

В течение пяти ночей в декабре 2019 года группа исследователей использовала камеру DECam, установленную на 4-метровом телескопе Blanco в Серро-Тололо (Чили), для наблюдения за определенным участком Большого Магелланова Облака, соседней с нашей галактики. Целью было обнаружение событий гравитационного микролинзирования: кратковременных увеличений яркости звезды, вызванных прохождением перед ней массивного объекта. И они обнаружили одно такое событие.

Событие, получившее название Phoebe, длилось около часа. Свет звезды, расположенной на расстоянии около 50 000 световых лет, симметрично и плавно возрастал в течение одной ночи, не повторяясь в последующие дни. Именно такой паттерн ожидают увидеть астрономы, когда компактный объект — невидимый невооруженным глазом — действует как космическая линза.

Когда массивный объект, такой как планета, звезда или черная дыра, проходит прямо перед более далекой звездой, его гравитация искривляет свет от этой звезды. В результате фоновая звезда кажется ярче на несколько часов или дней. Это явление называется гравитационным микролинзированием.

Продолжительность явления зависит от массы объекта, выступающего в роли линзы, и его движения. Чем меньше масса, тем быстрее оно происходит. В случае с Phoebe, длившееся около 60 минут, исследователи знали, что имеют дело с очень лёгким объектом, вероятно, с массой меньше земной.

Первичные черные дыры — это гипотетический тип черных дыр, которые образовались бы на самых ранних этапах существования Вселенной, во время космической инфляции, а не в результате коллапса звезды. Они могут иметь широкий диапазон масс, от массы астероида до массы Солнца. И, прежде всего, они являются кандидатами на роль темной материи — невидимого вещества, составляющего большую часть массы Вселенной.

Авторы исследования использовали статистическую модель для расчета вероятности того, что Phoebe относится к трем различным сценариям: что она является объектом внутри самой Млечного Пути (планета-изгой или маломассивная звезда), что она находится в Большом Магеллановом Облаке (внегалактическая планета) или что она является частью гало темной материи, окружающего обе галактики. Результат оказался убедительным.

На основе сравнения оптической плотности трех галактических моделей гораздо вероятнее, что Phoebe относится к плотности темной материи и, следовательно, является наилучшим кандидатом на роль первичной черной дыры, говорится в статье.

Оптическая глубина — это мера вероятности того, что объект действует как линза. В данном случае вероятность того, что Phoebe является тёмной материей, была на пять порядков выше, чем вероятность того, что это звезда или планета.

На основе кривой блеска, полученной с помощью DECam, астрономы построили математические модели для оценки массы и расстояния до объекта. В зависимости от сценария масса немного варьируется, но во всех случаях она остается в пределах долунного или земного диапазона.

Если Phoebe находится в гало темной материи Млечного пути, ее масса составит 0,026 массы Земли, что примерно в три раза больше массы Луны (диапазон неопределенности составляет от 0,003 до 0,22 массы Земли). Расстояние до нее составит около 18 200 световых лет, за пределами основной массы звездного диска нашей галактики.

Если бы, с другой стороны, это была свободно плавающая планета в Млечном пути, её масса составляла бы 0,022 массы Земли, а расстояние до неё — всего 565 световых лет. Если бы она находилась в Большом Магеллановом Облаке, её масса увеличилась бы до 0,1 массы Земли.

Однако авторы настаивают на том, что наиболее вероятным вариантом является первичная черная дыра.

Phoebe — не единичный случай. В статье приводятся недавние данные, полученные с помощью телескопа Subaru на Гавайях, которые обнаружили 12 подобных кандидатов в направлении галактики Андромеды, также имеющих лунную массу. Это предполагает возможное существование большой популяции сверхлегких черных дыр, связанных с темной материей.

В статье говорится, что Phoebe указывает на существование популяции компактных объектов с лунной массой, связанных с распределением темной материи в Млечном пути, и потенциально открывает новое окно для изучения физики инфляции.

Если подтвердится, что Phoebe — это первичная чёрная дыра, то она станет одним из древнейших наблюдаемых астрономических объектов, образовавшихся до нуклеосинтеза Большого взрыва, то есть в первые мгновения существования Вселенной. Её существование поможет понять механизмы инфляции и природу тёмной материи.

Прежде чем сделать вывод о том, что это черная дыра, исследователи исключили другие возможные объяснения. Они проанализировали, может ли Phoebe быть переменной звездой, двойной звездой, скоплением звезд, искажающим измерения, или даже вспыхивающей звездой (с вспышками). Для этого они сравнили кривую блеска Phoebe с кривой блеска 28 реальных вспышек, полученных со спутников TESS и Kepler.

Вывод был очевиден: учитывая разницу в структуре кривой блеска и продолжительности событий между Phoebe и вспыхивающими звездами, мы заключаем, что Phoebe не является вспышечным событием. Она также не похожа ни на один другой известный тип звездной изменчивости.

Кроме того, был проведен независимый анализ изображения с помощью специального программного обеспечения, чтобы убедиться, что яркость не исходит от плохо отделенной соседней звезды. Результат подтвердил событие.

Авторы признают фундаментальное ограничение метода микролинзирования: линза невидима. Ее можно обнаружить только по ее воздействию на свет фоновой звезды. Поэтому нельзя с абсолютной уверенностью сказать, является ли Phoebe первичной черной дырой, планетой-изгоем или даже другим типом экзотического объекта, например, аксионной звездой.

В статье утверждается, что единственный способ однозначно отделить популяцию первичных микролинз черных дыр от планетарных микролинз — это обнаружить множество событий в широком диапазоне направлений зрения.

Открытие Phoebe, наряду с открытием Subaru, побуждает астрономов предлагать новые высокочастотные наблюдения с помощью телескопов, таких как будущие «Нэнси Грейс Роман» или «Вера К. Рубин». Только при наличии достаточной статистики станет возможным определить, являются ли эти объекты лунной массы действительно первичными черными дырами и, следовательно, важной составляющей темной материи.

На данный момент Phoebe является лучшим кандидатом на роль первичной чёрной дыры лунной массы, обнаруженной в направлении Большого Магелланова Облака. И её короткая, часовая вспышка может стать ключом к открытию новой эры в понимании невидимой Вселенной.