В радиусе 15 парсеков от Солнца могут находиться одиночные черные дыры звездной массы, однако анализ Gaia DR3 и каталогов CatWISE, RACS и VLASS опроверг текущих кандидатов из-за отсутствия расчетного аккреционного излучения.
Ключевые тезисы:
- В Млечном Пути прогнозируется от 100 млн до 1 млрд изолированных черных дыр звездной массы, образовавшихся в результате гравитационного коллапса тяжелых звезд.
- Пять кандидатов из обзора Gaia DR3 в пределах 50 световых лет от Солнца не подтвердились в инфракрасных данных CatWISE и радиообзорах RACS/VLASS.
- Решающим инструментом для будущей многоволновой охоты на скрытые компактные объекты станет радиотелескоп Square Kilometre Array с новыми данными в начале 2027 года.
Астрофизические расчеты показывают, что в окрестностях Солнечной системы должны находиться компактные реликты массивных звезд. Попытка обнаружить их с помощью астрометрических данных аппарата Gaia и инфракрасных каталогов пока не увенчалась успехом, но помогла астрономам очертить конкретные границы для будущих наблюдений.
Невидимое население Млечного Пути
Теоретические модели предсказывают присутствие от 100 миллионов до 1 миллиарда черных дыр звездной массы в нашей Галактике. Они возникают в результате гравитационного коллапса тяжелых звезд, и подавляющее большинство из них существует в полной изоляции, не имея рядом звезды-компаньона. Черные дыры звездной массы обладают скверной с точки зрения астрономов привычкой оправдывать свое название — они темные, тихие и крайне неохотно привлекают к себе внимание приборов.
Поведение изолированных объектов звездной массы разительно отличается от сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Когда сверхмассивный гигант активно поглощает вещество, окружающий газ собирается во вращающийся аккреционный диск, разогревается и испускает колоссальное электромагнитное излучение. Такие структуры называют активными галактическими ядрами, а самые яркие из них — квазарами, различимыми с циклопических расстояний. Активные ядра выбрасывают противоположно направленные релятивистские струи материи (джеты), и если одна из них направлена прямо на Землю, объект называют блазаром, бьющим сквозь пространство подобно мощному направленному маяку.
Спокойные сверхмассивные черные дыры вроде Стрельца A* в сердце нашего Млечного Пути почти не излучают и довольствуются ничтожными порциями падающего вещества. Тем не менее ученые находят их благодаря мощнейшей гравитации и орбитальному движению окружающих звезд. Одиночные черные дыры звездной массы куда многочисленнее центральных монстров, однако гравитационное влияние крошечной невидимой массы на соседние светила отследить несоизмеримо труднее.
Окрестности Солнечной системы в радиусе 15 парсеков
Астрофизические оценки указывают на то, что в пределах 15 парсеков (около 50 световых лет) от Солнечной системы может скрываться несколько черных дыр. Использовать классическую астрометрию для их поиска путем фиксации гравитационных возмущений орбит близлежащих звезд невозможно. Звездная плотность в ближайших окрестностях Солнца слишком мала, чтобы подобный метод увенчался успехом на практике.
Единственным реалистичным способом обнаружения остается регистрация электромагнитного излучения от аккреции межзвездного газа. При этом условия аккреции драматически зависят от конкретной зоны пространства:
- Местные межзвездные облака: занимают от 5% до 20% объема в радиусе 15 парсеков. Сюда входят Местное межзвездное облако частично ионизованного газа (у края которого сейчас движется Солнечная система) и близлежащее Облако G. Плотность среды внутри этих облаков достаточно высока, чтобы падающее на черную дыру вещество порождало электромагнитный поток, доступный текущим или готовящимся к запуску телескопам.
- Пространство за пределами облаков: отличается экстремальной разреженностью. Скорость аккреции там настолько мала, что расчетная светимость черной дыры падает далеко ниже порогов чувствительности современной наблюдательной аппаратуры.
Вычисление точных спектров излучения осложняется значительными теоретическими неопределенностями в моделях аккреции из межзвездной среды. Черная дыра в такой среде не включит свет сама по себе — ей жизненно необходим плотный приток внешнего материала.
Проверка кандидатов Gaia инфракрасными и радиокаталогами
Исследовательская группа под руководством Абдурахмона Носирова из Центра астрономии и астрофизики физического факультета Фуданьского университета в Шанхае предприняла систематическую попытку выследить соседей-невидимок. Результаты работы опубликованы в научном издании The Astrophysical Journal под заголовком «Searching for Isolated Black Hole Candidates within 15 pc of the Solar System in Gaia DR3».
Ученые проанализировали массив данных третьего релиза космического телескопа Gaia (Gaia DR3) в поисках изолированных объектов, поглощающих межзвездное вещество. Первичный отбор выявил шесть претендентов. Один объект астрономы сразу исключили из выборки, идентифицировав в нем коричневый карлик. Оставшиеся пять кандидатов находились в опасной близости к плоскости галактики. Это сразу вызвало подозрения: высокая плотность фоновых звезд и несмоделированные двойные системы нередко приводят к ложным астрометрическим сигналам в каталогах Gaia.
Для окончательной проверки команда Носирова обратилась к данным сторонних обзоров в радио- и инфракрасном диапазонах:
- CatWISE: каталог инфракрасных источников, созданный на базе наблюдений космического аппарата NASA WISE.
- RACS: обзор южного неба Rapid ASKAP Continuum Survey, проведенный на австралийском комплексе из 36 радиоантенн ASKAP.
- VLASS: масштабный проект радиотелескопа Very Large Array, каталогизировавший 10 миллионов дискретных радиоисточников.
Теоретические расчеты показали, что пороги чувствительности радиотелескопов близки к ожидаемому потоку от аккрецирующей черной дыры, а инфракрасный каталог CatWISE гарантированно должен был зафиксировать каждый из пяти объектов. Однако сопоставление координат не выявило никаких источников излучения, совпадающих с положениями кандидатов Gaia. Пять обнаруженных объектов с высокой долей вероятности оказались астрометрическими артефактами, а не черными дырами.
Стратегия будущих многоволновых наблюдений
Отрицательный результат исследования подчеркивает специфику физики одиночных компактных объектов. Одиночная черная дыра, питающаяся разреженным межзвездным газом, излучает очень слабо, а ее спектр лишен характерных ярких линий. Обнаружить и надежно подтвердить статус такого кандидата силами одного-единственного телескопа практически невозможно.
Будущие поисковые кампании исследователи намерены сосредоточить на анализе радио- и рентгеновских баз данных, выискивая сигналы поглощения теплого, частично ионизованного межзвездного газа. Исключить ошибки интерпретации помогут одновременные наблюдения сразу в трех диапазонах: оптическом, радио- и рентгеновском.
Особые надежды астрофизики возлагают на радиотелескоп гигантского масштаба Square Kilometre Array (SKA). В начале 2027 года ожидается публикация очередного массива данных SKA, который обеспечит чувствительность, достаточную для регистрации предельно слабых сигналов и выявления подлинных черных дыр на заднем дворе Солнечной системы.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
FAQ: Часто задаваемые вопросы
Правда ли, что рядом с Солнцем могут находиться черные дыры?
Да, теоретические расчеты допускают существование нескольких изолированных черных дыр звездной массы в пределах 15 парсеков (~50 световых лет) от Солнечной системы. Однако на сегодняшний день ни один кандидат в этой области не получил наблюдательного подтверждения.
Почему одиночные черные дыры так сложно обнаружить?
Они не имеют звезд-компаньонов, вещество которых могло бы перетекать в массивный аккреционный диск и ярко светиться. Единственный источник их излучения — слабое поглощение окружающего межзвездного газа, порождающее блеклый и маловыразительный спектр на пределе возможностей телескопов.
Почему астрономы не могут найти черную дыру по ее гравитационному притяжению?
Астрометрический поиск по гравитационному возмущению соседних звезд требует высокой плотности звездного населения. В окрестностях Солнечной системы звезды расположены слишком далеко друг от друга, поэтому такой метод здесь не работает.
Какая обсерватория поможет выявить скрытые черные дыры в ближайшие годы?
Ученые рассчитывают на данные колоссального радиотелескопа Square Kilometre Array (SKA). Очередной массив наблюдательных данных SKA выйдет в начале 2027 года и предоставит необходимую чувствительность для поиска слабых радиосигналов аккреции.
Источник: Abdurakhmon Nosirov et al., Searching for Isolated Black Hole Candidates within 15 pc of the Solar System in Gaia DR3, The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae6805
Читайте также: Древнейшая звезда-черная дыра раскрыла секрет быстрого роста первых сверхмассивных квазаров