Време е да намерите всички липсващи черни дупки

Това е аргументът на двама японски астрофизици, които написаха документ, предлагащ ново търсене на милиони „изолирани черни дупки“ („isolated black holes“ или IBH), които вероятно населяват нашата галактика.

Тези черни дупки, изгубени в тъмнината, „отпиват“ материя от междузвездната среда – прах и други части, и неща, плаващи между звездите. Но този процес е неефективен и голяма част от материята се изхвърля в космоса с висока скорост. Тъй като този отток взаимодейства с околната среда, писаха изследователите, той трябва да произвежда радиовълни, които човешките радио телескопи могат да открият. И ако астрономите могат да отсеят тези вълни от целия шум, който се намира в останалата част на галактиката, те може да успеят да забележат тези невидими черни дупки.

„Най-наивният начин да се наблюдават IBH е чрез рентгеновото им излъчване“, пишат изследователите в своя документ, който е предоставен като предпечат на изданието arXiv.

Черните дупки изсмукват материята от космоса, а тази материя в краищата й се ускорява и образува това, което е известно като диск за натрупване. Материята в този диск се трие помежду си, докато се върти към хоризонта на събитията – точка на черна дупка без връщане – изхвърляйки рентгенови лъчи в процеса.

Но изолираните черни дупки, които са малки в сравнение със свръхмасивните черни дупки, не излъчват голяма част от рентгеновите лъчи по този начин. Просто няма достатъчно материя или енергия в дисковете им за създаване, за да създадат големи рентгенови подписи. А миналите търсения на IBH с помощта на рентгенови лъчи не успяха да дадат категорични резултати.

„Тези изтичания вероятно могат да направят откриване на IBH в други дължини на вълната“, пишат в своята статия изследователите Даичи Цуна от Университета в Токио и Норита Каванака от университета в Киото.

„Изходящите потоци могат да взаимодействат със заобикалящата материя и да създават силни удари без сблъсък на интерфейса. Тези сътресения могат да усилват магнитните полета и да ускоряват електроните, а тези електрони излъчват синхротронно излъчване по дължината на радиовълната.“

С други думи, изходящият поток през междузвездната среда трябва да накара електрони да се движат със скорост, която произвежда радиовълни.

„Интересно изследване“, казва Саймън Портеджис Зварт, астрофизик от университета в Лайден в Холандия, който не е участвал в изследванията на Цуна и Каванака. Зварт обаче, също е работил по темата IBH.

„Би било чудесен начин да намерим тези черни дупки“, казва Зварт пред списание Live Science. „Мисля, че с LOFAR [Low-Frequency Array в Холандия] вече би трябвало да се правят подобни изследвания, но чувствителността може да представлява проблем.“

IBH, обясни Зварт, се смятат за „липсващата връзка“ между двата вида черни дупки, които астрономите могат да открият: черни дупки със звездна маса, които могат да бъдат два до 100 пъти по-големи от нашето слънце, и супермасивни черни дупки, „зверовете“, които живеят в сърцевините на галактиките и са стотици хиляди пъти по-големи от нашето слънце.

Черните дупки на звездна маса понякога се откриват в двоични системи с редовни звезди, тъй като бинарните системи могат да произвеждат гравитационни вълни, а придружаващите звезди могат да осигурят гориво за големи рентгенови избухвания. А свръхмасивните черни дупки имат дискове, които отделят толкова много енергия, че астрономите могат да ги засекат и дори да ги снимат.

Но IBH по средния диапазон между тези два други типа е много по-трудно да се открият. В космоса има няколко обекта, за които астрономите подозират, че може да са IBH, но тези резултати са несигурни. В минали проучвания, включително статия от 2017 г. в списанието „Месечни известия на Кралското астрономическо общество“, към която Зварт е съавтор, предполагат, че милиони от тях могат да се крият в нашата галактика.

Цуна и Каванака написаха, че най-добрата перспектива за радио проучване на IBH вероятно предполага използването на квадратен километров масив (Square Kilometre Array – SKA), сложен радио телескоп, състоящ се от много части, който трябва да бъде изграден със секции в Южна Африка и Австралия. Планирано е да има обща площ за събиране на радиовълни от 1 квадратен километър.

Изследователите изчисляват, че поне 30 IBH излъчват радиовълни, които SKA ще бъде в състояние да открие по време на първата си фаза за получаване на доказателство за изложената концепция, която е планирана за 2020 г. След това пълният проект на SKA (планиран за средата на 2020 г.) трябва да може да открие до 700 изолирани черни дупки.

Те не само трябва да могат да забелязват радиовълни от тези IBH, те също така трябва да могат точно да преценят разстоянието до много от тях. Когато дойде това време, най-накрая всички тези липсващи черни дупки трябва да започнат да излизат от укритие.