Астрономы обнаружили ближайшую к Земле черную дыру

Черные дыры — самые экстремальные объекты во Вселенной. Сверхмассивные версии этих невообразимо плотных объектов, вероятно, находятся в центрах всех крупных галактик. Черные дыры, масса которых примерно в 5–100 раз превышает массу Солнца, встречаются гораздо чаще: только в Млечном Пути их насчитывается около 100 миллионов.

Однако на сегодняшний день таких подтверждено лишь несколько, и почти все они являются «активными» — это означает, что они ярко светятся в рентгеновских лучах, поскольку поглощают материал близлежащего звездного компаньона, в отличие от спящих черных дыр, которые этого не делают.

Астрономы с помощью телескопа Gemini North на Гавайях, одного из телескопов-близнецов Международной обсерватории Джемини, обнаружили ближайшую к Земле черную дыру, которую исследователи назвали Gaia BH1.

Эта спящая черная дыра весит примерно в 10 раз больше Солнца и расположена примерно в 1600 световых годах от нас в созвездии Змееносца, что делает ее в три раза ближе к Земле предыдущего рекордсмена 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 солнцеподобной звезды на широкой орбите вокруг черной дыры звездной массы в нашей галактике» — говорят ученые.

Астрономы первоначально идентифицировали систему как потенциально содержащую черную дыру, проанализировав данные космического телескопа Gaia Европейского космического агентства. Gaia запечатлела мельчайшие неровности в движении звезды, вызванные гравитацией невидимого массивного объекта. Чтобы изучить систему более подробно, ученые 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 ученым идентифицировать центральное тело как черную дыру примерно в 10 раз массивнее нашего Солнца.

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 главной последовательности, такой как наше Солнце.

Совершенно неясно, как звезда солнечной массы могла пережить этот эпизод и стать, по-видимому, нормальной звездой. Все теоретические модели, допускающие выживание, предсказывают, что звезда солнечной массы должна была оказаться на другой орбите, чем та, что наблюдается на самом деле.

Это может указывать на наличие серьезных пробелов в понимании того, как черные дыры формируются и развиваются в двойных системах, а также предполагает существование еще неисследованной популяции спящих черных дыр в двойных системах.

«Интересно, что эта система не может быть легко приспособлена к стандартным моделям бинарной эволюции», — говорят ученые. «Это ставит много вопросов о том, как образовалась эта двойная система, а также о том, сколько таких спящих черных дыр существует».

«Хотя это потенциально предвещает будущие открытия предсказанной популяции дремлющих черных дыр в нашей Галактике, наблюдения также оставляют загадку, которую предстоит разгадать — несмотря на общую историю со своим экзотическим соседом, почему звезда-компаньон в этой двойной системе такая нормальная?»

Исследование было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ранее оно было опубликовано в репозитории arxiv.org.