Астрономы обнаружили самую большую черную дыру звездной массы в Млечном Пути. Имея 33 солнечных массы, он затмевает предыдущего рекордсмена Лебедя X-1, масса которого составляет всего 21 солнечную массу. Большинство черных дыр звездной массы имеют массу около 10 солнечных, что делает новую — Gaia BH3 — настоящим гигантом.
Сверхмассивные черные дыры (СМЧД), такие как звезда Стрельца в центре Млечного Пути, привлекают большую часть нашего внимания к черным дырам. Эти гиганты могут иметь миллиарды солнечных масс и оказывать огромное влияние на родительские галактики.
Но дыры звездной массы — это другое дело. В отличие от сверхмассивных черных дыр, которые становятся массивными в результате слияния с другими черными дырами, звездные черные дыры возникают в результате взрыва массивных звезд в виде сверхновых. Сверхмассивные черные дыры всегда находятся в центре массивной галактики, но звездные черные дыры могут прятаться где угодно.
«Такое открытие вы делаете один раз в своей исследовательской жизни».
Паскуале Пануццо, Национальный центр научных исследований (CNRS) Парижской обсерватории
Астрономы обнаружили BH3 в данных космического корабля Gaia ЕКА. Это третья звездная черная дыра Гайи. У BH3 есть звездный спутник, и 33 солнечных массы черной дыры притягивают его старого, бедного металлом спутника. Характерное колебание звезды выдавало присутствие BH3. BH3, находящаяся всего в 2000 световых годах от нас, очень близка по космическим меркам.
Новое исследовательское письмо в области астрономии и астрофизики представило это открытие. Его название — «Открытие спящей черной дыры массой 33 солнечных с помощью предварительной астрометрии Gaia». Ведущий автор — Паскуале Пануццо, астроном Национального центра научных исследований (CNRS) Парижской обсерватории.
«Никто не ожидал обнаружить скрывающуюся поблизости черную дыру большой массы, до сих пор не обнаруженную», — сказал Пануццо. «Такое открытие вы делаете один раз в своей исследовательской жизни».
Эта черная дыра примечательна своей значительной массой. Исследователи обнаружили звездные черные дыры с похожими массами, но всегда в других галактиках. Размер сбивает с толку, но астрофизики выяснили, как они могли стать такими массивными.
Они могли возникнуть в результате коллапса бедных металлами звезд. Эти звезды почти полностью состоят из водорода и гелия, первичных элементов. Ученые считают, что эти звезды теряют меньше массы за время термоядерного синтеза, чем другие звезды. Они сохраняют большую массу, поэтому коллапсируют в более массивные черные дыры. Эта идея основана на теории; нет прямых доказательств.
Но BH3 может изменить это.
Двойные звезды имеют тенденцию формироваться вместе и имеют одинаковую металличность. Последующие наблюдения показали, что звезда-компаньон BH3, вероятно, является остатком шарового скопления, которое Млечный Путь поглотил более восьми миллиардов лет назад. Поскольку двойные звезды, как правило, имеют одинаковую металличность, этот компаньон с низким содержанием металлов подтверждает идею о том, что звезды с низкой металличностью могут сохранять большую массу и образовывать более крупные звездные черные дыры. Это первое свидетельство, подтверждающее идею о том, что древние и бедные металлами массивные звезды коллапсируют в массивные черные дыры. Это также подтверждает идею о том, что эти ранние звезды могли развиваться иначе, чем современные звезды аналогичной массы.
Но есть и другая интерпретация.
Когда звезды взрываются как сверхновые, они создают более тяжелые элементы, которые выбрасываются в космос. Разве спутник не должен показать доказательства загрязнения металлами сверхновой BH3?
«Что меня поражает, так это то, что химический состав компаньона похож на тот, который мы находим у старых бедных металлами звезд в галактике», — объясняет Элизабетта Каффау из CNRS, Парижской обсерватории, также участницы коллаборации Gaia. «Нет никаких доказательств того, что эта звезда была загрязнена материалом, выброшенным в результате взрыва сверхновой массивной звезды, которая стала BH3». С этой точки зрения пара, возможно, не сформировалась вместе. Вместо этого черная дыра могла приобрести своего компаньона только после своего рождения, захватив его из другой системы.
BH3 и две другие черные дыры, обнаруженные Гайей, находятся в состоянии покоя. Это означает, что поблизости нет ничего, чем они могли бы «питаться». Несмотря на то, что у BH3 есть спутник, он находится на расстоянии около 16 а.е. Если бы BH3 активно аккрецировала материю, она бы высвободила энергию, которая бы выдала его присутствие. Его спячка позволяла ему оставаться незамеченным.
Находясь всего в 2000 световых годах от нас, астрономы будут продолжать изучать BH3.
«Наконец, яркая величина системы и ее относительно небольшое расстояние делают ее легкой целью для дальнейших наблюдений и детального анализа со стороны астрономического сообщества», — пишут первооткрыватели в своем исследовательском письме.
Это открытие, возможно, было случайным, но оно не было случайностью. Специальная группа исследователей изучает данные Гайи в поисках звезд со странными спутниками. Сюда входят легкие и тяжелые экзопланеты, другие звезды и черные дыры. Гайя не может обнаружить планеты или спящие черные дыры, но может обнаружить их влияние на своих звездных спутников.
Исследователи, стоящие за открытием, опубликовали свои выводы до следующего официального выпуска данных Гайи. Они считали, что это слишком важно, чтобы сидеть на месте. «Мы пошли на исключительный шаг, опубликовав эту статью на основе предварительных данных в преддверии предстоящего выпуска Gaia из-за уникального характера открытия», — сказала соавтор Элизабетта Каффау, также член коллаборации Gaia и ученый CNRS из Парижской обсерватории. – ПСЛ.
«Мы очень усердно работали над улучшением способа обработки конкретных наборов данных по сравнению с предыдущим выпуском данных (DR3), поэтому мы ожидаем обнаружить гораздо больше черных дыр в DR4», — сказала Берри Холл из Женевского университета в Швейцарии. член коллаборации Gaia.
«Это открытие также следует рассматривать как предварительный тизер содержимого Gaia DR4, которое, несомненно, откроет другие бинарные системы, содержащие ЧД», — заключают авторы.
Выпуск Gaia DR4 планируется не раньше конца 2023 года. Если верить прошлым выпускам данных, они будут полны новых открытий. Если в данных будет достаточно черных дыр двойных звездных масс, астрономы смогут приблизиться к пониманию того, откуда они взялись и вели ли массивные звезды по-другому в ранней Вселенной.
