Черные дыры могут быть относительно «миниатюрными», с массами всего в 10 раз больше массы нашего Солнца, или огромнейшими – с массой эквивалентной до 10 млрд. солнечных масс. Бывают ли черные дыры промежуточного (среднего) размера? Космическая обсерватория NASA Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), которая является первым в космическим телескопом жесткого рентгеновского диапазона, функционирующим по принципу скользящего отражения, в настоящее время проводит тщательное исследование класса черных дыр, которые можно было отнести к категории чёрных дыр промежуточного размера.
По словам Dominic Walton из California Institute of Technology, как могли бы сформироваться черные дыры промежуточного размера в настоящее время остаётся открытым вопросом. Walton отметил, что некоторые теории предполагают, что они могли сформироваться в плотных многокомпонентных звёздных скоплениях посредством повторных слияний, но даже в этой теории есть множество спорных нюансов.
Самые большие чёрные дыры, именуемые сверхмассивными, как правило, находятся в центрах галактик. Огромная гравитация этих черных дыр притягивает к ним материал, который в результате этого процесса нагревается и испускает рентгеновские лучи. Небольшие черные дыры рассредоточены по остальной части «галактического пейзажа». Они образуются в результате разрушения умирающих звезд, массы которых больше массы нашего Солнца.
Доказательства существования чёрных дыр средних размеров, находящихся где-нибудь между этими двумя «крайностями», смогли бы прибыть из объектов, называемых Ультраяркими рентгеновскими источниками (ULX). Они представляют собой пары объектов, в которых черная дыра снабжает энергией и материей нормальную звезду. «Процесс кормления» несколько подобен тому, что происходит вокруг сверхмассивных черных дыр, но не настолько масштабный. Кроме того ULX расположены по всей галактике, а не только в её ядре.
Яркое свечение рентгеновских лучей, исходящее от Ультраярких рентгеновских источников, является слишком большим, чтобы быть продуктом типичных маленьких чёрных дыр. Эти и многие другие данные указывают на то, что эти объекты могут характеризоваться промежуточной массой – то есть 100-10000 солнечных масс. С другой стороны, объяснение яркости свечения может быть связано с другим высокоэнергетическим явлением, связанных с «кормлением» черной дыры.
NuSTAR присоединился к другим телескопам, чтобы детализировано рассмотреть ULX. Космическая обсерватория обеспечивает первый взгляд на эти объекты в сфокусированных, рентгеновских лучах высокой энергии, помогая учёным в более точных оценках их масс и прочих характеристик.
В новой статье, принятой для публикации в Astrophysical Journal, Walton и его коллеги сообщают о случайно обнаруженном Ультраярком рентгеновском источнике, который ранее не был замечен астрономами. Исследователи изучили объект, который находится в спиральной галактике Circinus на расстоянии порядка 13 млн. световых лет от Земли. Они использовали для его анализа не только телескоп NuSTAR, но и космическую обсерваторию Европейского космического агентства XMM-Newton. Архивные данные космических телескопов NASА Chandra, Swift и Spitzer также использовались в последующих исследованиях.
Результаты проведенного анализа указывают на то, что масса рассматриваемой чёрной дыры равняется примерно 100 массам Солнца, то есть примерно на границе между малыми и средними черными дырами.
В другой принятой Astrophysical Journal к публикации статье, Matteo Bachetti из Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie вместе со своими коллегами проанализировали два ULX в спиральной галактикеNGC 1313, известной как «галактика вверх тормашками», также находящейся примерно в 13 млн. световых лет от Земли.
Эти Ультраяркие рентгеновские источники являются самыми изученными среди всех известных ULX. NuStar показал, что черные дыры не соответствуют модели черных дыр промежуточного размера. В результате исследователи полагают, что оба ULX небольшие, черные дыры звездной массы. Один из объектов, по оценкам, все же слишком большой для этой категории, поскольку имеет массу в пределах 70-100 солнечных масс.
Bachetti отмечает, что, возможно, эти объекты ультраяркие, потому что аккумулируют материла с высокой скоростью, а вовсе не из-за размеров.
