Многие открытые к настоящему времени черные дыры кажутся частью пары. Эти двойные системы состоят из черной дыры и вторичного объекта (например, звезды, гораздо более плотной нейтронной звезды или другой черной дыры), вращающихся по спирали друг вокруг друга и стягиваемых черной дырой.’гравитация образует тесную пару орбиталей.
Удивительное открытие о черной дыре V404 Cygnus расширяет представление о черных дырах, объектах, которые они могут содержать, и о том, как они формируются.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, физики из Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института сообщают, что они впервые наблюдали «тройную черную дыру».
Новая система содержит центральную черную дыру, поглощающую маленькую звезду’Каждые 6,5 дней она вращается очень близко к черной дыре — конфигурация, аналогичная большинству двойных звездных систем. Но что удивительно, вторая звезда, похоже, также вращается вокруг черной дыры, хотя и на гораздо большем расстоянии. По оценкам физиков, этот далекий спутник вращается вокруг черной дыры каждые 70 000 лет.
Тот факт, что черная дыра удерживает столь далекий объект под действием силы тяжести, поднимает вопросы о происхождении самой черной дыры. Считается, что черные дыры образуются в результате сильного взрыва умирающей звезды — процесса, известного как сверхновая, при котором звезда высвобождает большое количество энергии и света в последнем взрыве, прежде чем коллапсировать в невидимую черную дыру.
Команда’Однако открытие черной дыры предполагает, что если бы недавно обнаруженная черная дыра образовалась из типичной сверхновой, энергия, которую она выпустила перед коллапсом, уничтожила бы все слабо связанные объекты в ее окружении. Значит, это не должна быть вторая, внешняя звезда.’Я не останусь здесь до сих пор.
Вместо этого команда подозревает, что черная дыра образовалась в результате более мягкого процесса «прямого коллапса», при котором звезда просто схлопывается сама по себе, образуя черную дыру без финальной драматической вспышки. Такое нежное происхождение вряд ли могло бы потревожить свободно связанные, далекие предметы.
Поскольку новая тройная система содержит очень далекую звезду, это позволяет предположить наличие системы’Черная дыра образовалась в результате более мягкого прямого коллапса. И хотя астрономы веками наблюдали более сильные сверхновые, команда утверждает, что новая тройная система может стать первым свидетельством образования черной дыры в результате этого более мягкого процесса.
«Мы думаем, что большинство черных дыр образуются в результате сильных взрывов звезд, но это открытие помогает поставить это под сомнение», — говорит автор исследования Кевин Бердж, научный сотрудник Паппалардо на физическом факультете Массачусетского технологического института. «Эта система чрезвычайно интересна для эволюции черных дыр, а также поднимает вопрос о том, существуют ли еще тройки».
Изучение’Среди его соавторов в Массачусетском технологическом институте Эрин Кара, Клод Канисарес, Дипто Чакрабарти, Анна Фребель, Сара Миллхолланд, Сол Раппапорт, Роб Симко и Эндрю Вандербург, а также Карим Эль-Бадри из Калифорнийского технологического института.
Тандемное движение
Открытие тройки черных дыр произошло почти случайно. Физики нашли его при поиске Aladin Lite — коллекции астрономических наблюдений, собранных телескопами в космосе и по всему миру. Астрономы могут использовать онлайн-инструмент для поиска изображений одной и той же части неба, полученных разными телескопами, настроенными на разные длины волн энергии и света.
Команда искала признаки новых черных дыр в Млечном Пути. Из любопытства в 1992 году Бердж посмотрел на изображение V404 Лебедя — черной дыры на расстоянии около 8000 световых лет от Земли, которая была одним из самых первых объектов, когда-либо подтвержденных как черная дыра.
С тех пор V404 Лебедя стала одной из наиболее изученных черных дыр и была описана в более чем 1300 научных статьях. Однако ни в одном из этих исследований не сообщалось о наблюдениях Берджа и его коллег.
Когда он посмотрел на оптические изображения V404 Cygni, Бердж увидел нечто похожее на две капли света, которые находились на удивление близко друг к другу. Другие думали, что первым пятном была черная дыра и внутренняя звезда, вращающаяся по близкой орбите. Звезда находится так близко, что сбрасывает часть своего материала на черную дыру, излучая свет, который мог видеть Бердж.
Однако второе пятно света было чем-то, что ученые еще не исследовали подробно. Бердж определил, что этот второй свет, скорее всего, исходил от очень далекой звезды.
«Тот факт, что мы можем видеть две отдельные звезды на таком большом расстоянии, на самом деле означает, что звезды должны быть очень далеко друг от друга», — говорит Бердж, который подсчитал, что внешняя звезда находится на расстоянии 3500 астрономических единиц (а.е.) от черной дыры (1). AU — расстояние между Землей и Солнцем.
Другими словами, внешняя звезда находится в 3500 раз дальше от черной дыры, чем Земля от Солнца. Это также в 100 раз больше расстояния между Плутоном и Солнцем.
Тогда мне в голову пришел вопрос, связана ли внешняя звезда с черной дырой и ее внутренней звездой. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи обратились к спутнику Gaia, который внимательно отслеживает движения всех звезд в галактике с 2014 года.
Команда проанализировала движения внутренних и внешних звезд по данным Гайи за последнее десятилетие и обнаружила, что звезды двигались точно в тандеме по сравнению с другими соседними звездами. Они подсчитали, что вероятность такого тандемного движения составляет примерно один на десять миллионов.
«Это’«Это почти наверняка не совпадение или несчастный случай», — говорит Бердж. «Мы’Я вижу две звезды, следующие друг за другом, потому что они’Их удерживает на месте эта слабая нить гравитации. Поэтому это должна быть тройная система».
дергая за веревочки
Как же тогда могла возникнуть такая система? Если бы черная дыра образовалась из типичной сверхновой, сильный взрыв давно бы отбросил внешнюю звезду.
«Представлять себе’Если вы тянете воздушного змея, а вместо прочной лески вы’«Мы движемся паутиной», — говорит Бердж. «Если потянуть слишком сильно, сеть порвется и вы».’Я потеряю дракона. Гравитация подобна едва завязанной нити.’Это очень слабо, и если вы сделаете что-нибудь радикальное с внутренним двоичным файлом, то’«Мы потеряем внешнюю звезду».
Однако, чтобы по-настоящему проверить эту идею, Бердж провел моделирование, чтобы увидеть, как такая тройная система могла развиться и сохранить внешнюю звезду.
В начале каждого моделирования он вводил три звезды (третья была черной дырой до того, как стала черной дырой). Затем он провел десятки тысяч симуляций, каждая из которых имела несколько отличающийся сценарий того, как третья звезда могла стать черной дырой, а затем манипулировал движениями двух других звезд.
Например, он смоделировал сверхновую, варьируя количество и направление испускаемой ею энергии. Он также смоделировал сценарии прямого коллапса, при которых третья звезда просто схлопнулась и образовала черную дыру, не высвободив при этом никакой энергии.
«Подавляющее большинство симуляций показывают, что самый простой способ заставить эту тройку работать — это прямой коллапс», — говорит Бердж.
Помимо предоставления подсказок о черной дыре’происхождения, внешняя звезда также раскрыла систему’Мудрец. Физики заметили, что внешняя звезда находилась в процессе превращения в красного гиганта — фаза, которая происходит в конце звезды.’жизнь.
На основании этого звездного перехода команда определила, что возраст внешней звезды составляет около 4 миллиардов лет. Учитывая, что соседние звезды рождаются примерно в одно и то же время, команда пришла к выводу, что возраст тройной черной дыры также составляет 4 миллиарда лет.
«Мы’«Мы никогда раньше не делали этого со старой черной дырой», — говорит Бердж. «Теперь мы знаем, что V404 Cygni является частью тройки, она могла образоваться в результате прямого коллапса и образовалась около 4 миллиардов лет назад благодаря этому открытию».
Информация от: Массачусетским технологическим институтом.
