Астрономы нашли ближайшую к Солнечной системе черную дыру

С 1980-х годов ученые изучают сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центре самых массивных галактик во Вселенной. В апреле 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры.

Эти наблюдения дают возможность проверить законы физики в самых экстремальных условиях и дать представление о силах, сформировавших Вселенную.

В недавнем исследовании международная группа ученых опиралась на данные обсерватории Gaia, чтобы наблюдать за солнцеподобной звездой со странными орбитальными характеристиками. Из-за характера ее орбиты ученые пришли к выводу, что она должна быть частью двойной системы с черной дырой.

Это делает черную дыру ближайшей из всех к Солнечной системе (480 парсек) и предполагает существование значительной популяции спящих черных дыр в нашей галактике.

Миссия Gaia провела почти десять лет, измеряя положения, расстояния и собственные движения почти 1 миллиарда астрономических объектов, таких как звезды, планеты, кометы, астероиды и галактики.

Отслеживая движение объектов по орбите вокруг центра Млечного Пути (метод, известный как астрометрия), миссия Gaia стремится создать самый точный трехмерный космический каталог из когда-либо созданных.

Для своих целей астрономы изучили все 168 065 звезд в третьем выпуске данных Gaia (GDR3), которые, как предполагалось, имеют орбиты двух тел.

Их анализ выявил особенно многообещающего кандидата G-типа (желтая звезда), обозначенного как Gaia DR3 4373465352415301632 — для своих целей команда обозначила его как Gaia BH1. Основываясь на наблюдаемом орбитальном движении, астрономы определили, что у этой звезды должна быть черная дыра-компаньон.

«Данные Gaia ограничивают движение звезды в небе, когда она вращается вокруг черной дыры. Размер орбиты и ее период дают нам ограничение на массу ее невидимого компаньона — около 10 солнечных масс» — говорят ученые.

Чтобы подтвердить свои наблюдения, команда проанализировала измерения лучевой скорости Gaia BH1 с нескольких телескопов. Эти последующие наблюдения подтвердили орбитальное решение Gaia BH1 и то, что спутник массой примерно в 10 солнечных масс находится на одной орбите со звездой.

Находка может представлять собой первую черную дыру в Млечном Пути, которая не наблюдалась на основании ее рентгеновского излучения или других энергетических выбросов.

«Модели предсказывают, что Млечный Путь содержит около 100 миллионов черных дыр. Но мы наблюдали только около 20 из них. Все предыдущие, которые мы наблюдали, находятся в «рентгеновских двойных»: черная дыра пожирает звезду-компаньона, и она ярко светится в рентгеновских лучах», — говорят ученые.

«Но это только верхушка айсберга: в Галактике может находится гораздо большая популяция черных дыр, скрытая в более удаленных друг от друга двойных системах. Открытие Gaia BH1 проливает свет на эту популяцию».

Если данные подтвердятся, это может означать, что в Млечном Пути существует большая популяция спящих черных дыр. Имеются в виду черные дыры, которые не видны по ярким дискам, всплескам излучения или сверхскоростным струям, исходящим от их полюсов (как это часто бывает с квазарами).

Если эти объекты повсюду в нашей галактике, последствия для звездной и галактической эволюции могут быть глубокими. Однако вполне возможно, что эта конкретная дремлющая черная дыра является исключением и не указывает на большую популяцию.

Чтобы проверить свои выводы, ученые с нетерпением ждут выпуска данных Gaia 4, дата которого еще не определена, и который будет включать все данные, собранные в течение пятилетней номинальной миссии (GDR 4).

Этот выпуск будет включать в себя самые современные астрометрические, фотометрические каталоги и каталоги лучевых скоростей для всех наблюдаемых звезд, двойных систем, галактик и экзопланет. Пятый и последний выпуск (GDR 5) будет включать данные номинальной и расширенной миссии (полные 10 лет).

Астрономы подсчитали, что следующий выпуск данных Gaia позволит обнаружить десятки систем, подобных Gaia BH1.

Исследование было опубликовано в репозитории arxiv.org.