У грудні 2019 року астрономи зафіксували дивне явище: одна із зір у нашій сусідній галактиці, Великій Магеллановій Хмарі, на короткий час стала яскравішою. Аналіз даних, про який розповідає видання SciTechDaily, показав, що між Землею та цією зорею пройшов невідомий компактний об’єкт, тимчасово підсилюючи її світло своєю гравітацією.
Цей об’єкт отримав неофіційну назву Фібі. За розрахунками, його маса становить приблизно утричі більше за масу Місяця, що робить його надто легким для будь-якої відомої чорної діри зоряного походження. Одна з головних версій полягає в тому, що Фібі може бути первинною чорною дірою, яка виникла ще в перші миті після Великого вибуху.
Як гравітаційне мікролінзування видало невидимий об’єкт
Зміна яскравості зорі тривала близько години. Вона не була ані вибухоподібною, ані хаотичною — навпаки, це був плавний, симетричний підйом і спад світла. Така форма кривої яскравості є характерною ознакою гравітаційного мікролінзування, одного з передбачень загальної теорії відносності Ейнштейна.
Коли масивний компактний об’єкт проходить між нами та далекою зорею, його гравітація діє як лінза: проміння зорі викривляється і тимчасово підсилює її видиму яскравість. Форма цього «спалаху» відрізняється від змін, які дають змінні зорі, спалахи чи астероїди, тому астрономи можуть впевнено відокремити мікролінзування від інших явищ.
Команда зі Свінбернського університету в Мельбурні виявила подію Фібі в даних свого високочастотного огляду Великої Магелланової Хмари. За характерною формою кривої яскравості вони дійшли висновку, що це справжнє мікролінзування. Наступне питання — що саме виконало роль лінзи.
Маса Фібі та можливі пояснення
Тривалість події стала ключем до оцінки маси. Чим легший об’єкт, тим швидше він перетинає нашу лінію зору, і тим коротшим буде спалах мікролінзування. Приблизно 60 хвилин яскравішання означають, що маса Фібі становить близько трьох місячних мас.
Це значно менше за масу будь-якої відомої планети, а тим більше — за масу чорних дір, що утворюються під час колапсу зір. Зоряні чорні діри мають мінімальну масу приблизно у п’ять мас Сонця, тобто Фібі на багато порядків легша за них.
Астрономи розглядають три основні варіанти природи цього об’єкта:
- вільноплаваюча планета, викинута зі своєї планетної системи в Чумацькому Шляху;
- аналогічна планета, але вже у Великій Магеллановій Хмарі — у такому разі це був би перший випадок позагалактичної планети, виявленої методом мікролінзування;
- екзотичніший варіант — первинна чорна діра, що виникла не внаслідок загибелі зорі, а через флуктуації густини в перші частки секунди після Великого вибуху.
Аргументи на користь первинної чорної діри
Щоб оцінити, який із варіантів найімовірніший, дослідники розрахували, до якої популяції об’єктів Фібі найкраще належить: до зір Чумацького Шляху, до зір Великої Магелланової Хмари чи до об’єктів у гало темної матерії між ними.
Результат виявився вражаючим: сценарій, у якому Фібі належить до темної матерії в гало нашої галактики, виявився у 100 000 разів імовірнішим, ніж варіанти, пов’язані зі звичайною зоряною речовиною. Тобто статистично Фібі на п’ять порядків частіше виявляється об’єктом темної матерії, ніж чимось, пов’язаним зі звичайними зорями чи планетами.
Якщо така інтерпретація правильна, Фібі може бути однією з найстаріших структур, які коли-небудь виявляли астрономи. Вона могла сформуватися ще до появи перших зір і навіть перших атомів — у бурхливі миті молодого Всесвіту. Протягом приблизно 13 мільярдів років цей об’єкт дрейфував у темряві, аж поки на одну годину не видав себе, викрививши світло далекої зорі у грудні 2019 року.
Опис цього кандидата на первинну чорну діру масою Місяця подано в препринті під назвою «AMPM II. A Lunar-Mass Primordial Black Hole Microlensing Candidate in the Milky Way Halo» на сервісі arXiv. Подальші спостереження подібних подій мають допомогти з’ясувати, чи справді частина темної матерії може складатися з таких крихітних чорних дір.