Как найти одиночную черную дыру?

"Трудно найти черную кошку в темной комнате ...."
Обнаружить черную дыру непросто. Пока черные дыры найдены только в тесных двойных системах или центрах галактик. "Увидеть" их удалось благодаря мощной аккреции вещества, что приводит к интенсивному излучению. Одиночную черную дыру звездной массы пока никто не нашел.

Одиночная черная дыра может "выдать" себя из-за той же самой аккреции, но теперь придется довольствоваться веществом межзвездной среды, а его немного, поэтому светимость будет очень маленькая. Значит, нужно искать близкие черные дыры, да еще хорошо бы знать где искать.

Кроме аккреции можно надеяться на какие-то другие механизмы излучения, или на эффект гравитационного линзирования. Для таких поисков тоже неплохо иметь информацию о примерном положении дыры.

Кажется, есть способ сузить пространство поисков близких одиночных черных дыр.

Известны т.н. "убегающие" звезды. Это массивные объекты, имеющие довольно большие пространственные скорости. Причин такого поведения может быть две: "выброс" звезды из скопления за счет взаимодействия с другими звездами и разрыв тесной двойной системы после взрыва сверхновой ("эффект пращи"). Остановимся на втором сценарии, предложенным Блаау, подробнее.

В тесной двойной системе звезды могут вращаться вокруг центра масс с довольно большими скоростями (сотни км/с). Если в результате взрыва система теряет более половины массы (а это вполне возможно, т.к. первой взрывается более массивная звезда), то двойная распадается. При этом звезды сохраняют орбитальные скорости и разлетаются в разные стороны (в прямом смысле этого слова!). Кроме орбитальной новорожденный компактный объект может приобрести т.н. "скорость отдачи", возникающую за счет несимметрии взрыва.

В солнечной окрестности известно более 50 убегающих звезд (см. статью Hoogerwerf и др). Большое количество молодых массивных звезд вблизи Солнца связано с активным звездообразованием в области Пояса Гулда. Для некоторых из близких убегающих звезд уже предложены соответствующие компактные объекты двойники: пульсар (de Zeeuw и др.) и радиотихая нейтронная звезда (F. Walter).

Однако, у 5 убегающих звезд массы очень велики. Это дает основания предполагать, что соответствующие им компактные объекты являются черными дырами. Доля таких звезд (5 из 56) находится в хорошем соответствии с оценкой относительного числа нейтронных звезд и черных дыр (10:1).

При этом нужно учитывать, что начальная масса первичной (более массивной компоненты двойной) должна была быть еще больше, т.к. первой взрывается более массивная звезда.

С одной стороны, это говорит о том, что эту пятерку можно вычеркнуть из списка для поиска двойников среди радиопульсаров и радиотихих одиночных нейтронных звезд. С другой — дает возможность предсказать, где же стоит искать одиночные черные дыры.

Дело в том, что у черных дыр скорость отдачи может быть нулевой в отличии от нейтронных звезд, у которых эта скорость в среднем составляет около 200 км/с и может достигать тысяч! Значит, зная направление движения убегающей массивной звезды, можно сказать в какую сторону движется и черная дыра: в противоположную.

Остаются вопросы откуда и как долго? Продолжая траекторию убегающей звезды назад, можно найти место ее рождения: родительское скопление или ассоциацию. Разделив расстояние до скопления на скорость убегающей звезды, можно получить время, прошедшее с момента взрыва.

Т.о. можно примерно определить область пространства, где стоит искать одиночные черные дыры. Возможно, они уже есть в архивных записях спутников ROSAT, CGRO или COS-B. Просто нужно посмотреть в нужное место...

---

Рисунок взят из APOD
Сергей Попов