Дослідники з Інституту космічних досліджень Нідерландів дослідили причини різниці між масами тих чорних дір зоряної маси, що спостерігаються за допомогою звичайних астрономічних засобів, та тих про існування яких ми дізнаємося за допомогою детекції гравітаційних хвиль. Проаналізувавши розподіл цих чорних дір у просторі дослідники дійшли висновку, що бачимо методами оптичної астрономії ми переважно ті чорні діри, що були викинуті за межі площини Галактики у той час, як решта лишаються непоміченими в електромагнітному спектрі через міжзоряний пил.
Проблема мас чорних дір
Спостереження чорних дір зоряної маси показало досить дивну ситуацію. Існує два основних методи спостереження подібних об'єктів. Перший із них являє собою рентгенівські подвійні зірки, які являють собою пару з звичайної зірки та чорної діри. У цьому випадку ми можемо бачити, як падіння речовини з зірки на чорну діру викликає рентгенівське випромінювання та випромінювання у інших ділянках спектру. Другий спосіб спостереження з'явився тільки 2015 року, коли запрацювали два детектори гравітаційних хвиль: LIGO та Virgo. Завдяки цьому стало можливим спостереження злиття чорних дір між собою.
Виявилося, що чорні діри, які ми бачимо завдяки звичайним засобам астрономії мають верхню межу маси у 21 масу Сонця. Водночас чорні діри, які спостерігаються завдяки гравітаційним хвилям від їх злиття мають маси у діапазоні 20-160 сонячних мас. Виникає питання, чому вчені не бачать методами звичайної астрономії чорних дір із масами більшими, ніж 20 сонячних. Для цього було проаналізовано розподіл у просторі вже відомих чорних дір, які входять до складу подвійних рентгенівських систем.
Чорні діри, викинуті з площини Галактики
Чорна діра у подвійних системах завжди утворюється з тієї з зірок, яка є масивнішою. При цьому існує два основних механізми утворення чорної діри: прямого колапсу, та зворотного падіння речовини на нейтронну зірку. Першим шляхом ідуть більш масивні зірки, маса яких сягає десятків мас Сонця. У цьому випадку зірка ніби провалюється у себе, скидаючи частину зовнішніх оболонок. В результаті утворюється достатньо масивна чорна діра. У другому випадку менш масивна зірка перетворюється на нейтронну, але частина викинутих шарів падає на неї назад, її маса збільшується і відбувається перетворення на чорну діру малої маси.
При цьому в обох випадках відбуваєься асиметричний викид нейтронів, які надають чорній дірі імпульс, який сильно залежить від її маси. Але при утворенні чорної діри через механізм зворотного падіння на нейтронну зірку до нейтронного викиду додається ще й асиметричний викид матерії, який надає новонародженій чорній дірі разом із її сусідкою додаткове прискорення. І це прискорення може призвести до того, що рентгенівські подвійні зірки можуть опинитися на значному віддаленні від площини Галактики та молодих зоряних скупчень, у яких вони народжуються. І аналіз відстаней до відомих чорних дір, які спостерігаються через електромагнітну взаємодію із їх компаньйонами показав, що усі вони знаходяться на відстанях від площини галактичного диска, які вимірюються сотнями і тисячами парсек.
У той самий час кандидати у чорні діри, відкриті завдяки спостереженню гравітаційних хвиль розповсюджені значно ближче до галактичного диска і, зокрема, знаходяться безпосередньо у ньому. Особливістю ж галактичного диску є те, що у ньому зосереджена велика кількість міжзоряного газу та пилу. Тобто цілком можливо, що більшу частину чорних дір, які саме поблизу площини галактичного диску знаходяться ми просто не бачимо звичайними методами спостереження. І про їхнє існування можемо судити тільки зі спостережень гравітаційних хвиль.
Деякі висновки
Основний висновок, який дослідники роблять з аналізу полягає у тому, що для того, аби побачити ті самі чорні діри великої маси, яких ми не бачимо, треба застосовувати спостереження в інфрачервоній частині спектру. Хвилі цієї довжини погано поглинаються міжзоряним пилом та газом і тому є шанс побачити у них рентгенівські подвійні зірки.
Ще одне цікаве припущення стосується природи самих рентгенівських подвійних зірок. Для їх спостереження зазвичай використовуються ширококутні огляди зоряного неба, виконані за допомогою рентгенівських телескопів. Але таких огляд зазвичай триває усього кілька місяців і до того ж робити їх почали відносно недавно. А період обертання компонент у подвійних рентгенівських зірок може сягати кількох десятиліть і це особливо характерно саме для подвійних пар. Тож, якщо у момент спостереження чорна діра ховається від нас за зіркою, то відкрити її існування ми не зможемо ще багато років. У цьому полягає ще одне можливе пояснення того, чому чорні діри великої, але ще зоряної маси так важко побачити.
