Астрономы с помощью телескопа Gemini North на Гавайях обнаружили ближайшую к Земле черную дыру, которую назвали Gaia BH1.
Эта дремлющая черная дыра в 10 раз массивнее Солнца и расположена примерно в 1600 световых годах от нас в созвездии Змееносца. Черная дыра в три раза ближе к Земле, чем предыдущий рекордсмен, рентгеновская двойная система в созвездии Единорога. Новое открытие стало возможным благодаря тщательным наблюдениям за движением компаньона черной дыры, солнцеподобной звезды, которая вращается вокруг черной дыры примерно на том же расстоянии, что и Земля вокруг Солнца.
Хотя было много заявлений об обнаружении подобных систем, почти все эти открытия впоследствии были опровергнуты. Это первое однозначное обнаружение в нашей галактике солнцеподобной звезды на широкой орбите вокруг черной дыры, которая имеет звездную массу.
Не смотря на то, что вероятно в галактике Млечный Путь бродят миллионы черных дыр звездной массы, те немногие, которые зафиксированы на данный момент, были обнаружены благодаря их энергетическим взаимодействиям со звездой-компаньоном. По мере того, как материя от ближайшей звезды движется по спирали к черной дыре, она перегревается и генерирует мощные рентгеновские лучи и струи. Если черная дыра не питается активно (т. е. бездействует), она просто сливается с окружающей средой.
«Последние четыре года я искал спящие черные дыры, используя широкий спектр наборов данных и методов, — сказал Карим Эль-Бадри (Kareem El-Badry), ведущий автор статьи, описывающей это открытие. «Мои предыдущие попытки, как и попытки других, выявили целый зверинец бинарных систем, маскирующихся под черные дыры, и вот впервые – поиски принесли свои плоды».
Команда ученых первоначально идентифицировала систему как потенциально содержащую черную дыру, проанализировав данные космического корабля Gaia (ESA). Gaia запечатлела мельчайшие неровности в движении звезды, вызванные гравитацией невидимого массивного объекта. Чтобы изучить систему более подробно, Эль-Бадри и его команда обратились к прибору Gemini Multi-Object Spectrograph на Gemini North, который измерил скорость звезды-компаньона, когда она вращалась вокруг черной дыры, и обеспечил точное измерение ее орбитального периода.
Последующие наблюдения Gemini имели решающее значение для ограничения орбитального движения и, следовательно, масс двух компонентов в двойной системе, что позволило команде идентифицировать центральное тело как черную дыру примерно в 10 раз массивнее нашего Солнца.
Команда полагалась не только на превосходные наблюдательные возможности Gemini North, но и на способность Gemini предоставлять данные в сжатые сроки, поскольку у команды было только короткое окно для выполнения последующих наблюдений.
Нынешние астрономические модели эволюции двойных систем с трудом объясняют, как могла возникнуть своеобразная конфигурация системы Gaia BH1. В частности, звезда-прародительница, которая позже превратилась в недавно обнаруженную черную дыру, должна была быть как минимум в 20 раз массивнее нашего Солнца. Это означает, что она прожила бы всего несколько миллионов лет. Если бы обе звезды образовались одновременно, эта массивная звезда быстро превратилась бы в сверхгиганта, раздулась и поглотила бы другую звезду, прежде чем она успела бы стать настоящей, сжигающей водород звездой, такой как наше Солнце.
Все это может указывать на наличие серьезных пробелов в нашем понимании того, как черные дыры формируются и развиваются в двойных системах, а также предполагает существование еще неисследованной популяции спящих черных дыр в двойных системах.
Источник: Kareem El-Badry et al, A sun-like star orbiting a black hole Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac3140
Изображение: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani