Звездотрясения раскрывают тайну красного гиганта в системе Gaia BH2

Ученые из Института астрономии Гавайского университета, смогли интерпретировать едва уловимые изменения яркости звезды — красного гиганта в системе Gaia BH2, который вращается вокруг тихой черной дыры и обнаружить, что она, вероятно, пережила грандиозную космическую катастрофу — столкновение и слияние с другой звездой. Это событие навсегда изменило судьбу светила, раскрутив его до невероятной скорости и оставив ему в компаньоны безмолвную черную дыру.

Ключом к разгадке стали данные, полученные с космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Он зафиксировал слабые пульсации, «звездотрясения», пронизывающие тело звезды-компаньона в системе Gaia BH2. Этот метод, известный как астросейсмология, работает по тому же принципу, что и сейсмология на Земле: изучая волны, проходящие через недра звезды, ученые могут заглянуть под ее поверхность и с поразительной точностью определить ее внутреннюю структуру, состав и возраст. Как пояснил ведущий автор исследования Дэниел Хей, эти колебания рассказали нечто совершенно неожиданное об истории звезды.

Самым большим сюрпризом оказалось противоречие между химическим составом звезды и ее возрастом. Ее недра богаты так называемыми альфа-частицами — тяжелыми элементами, которые обычно накапливаются в очень старых светилах. Это указывало на ее почтенный возраст. Однако астросейсмологический анализ показал, что звезде всего около 5 миллиардов лет — это слишком мало, чтобы сформироваться с такими химическими характеристиками.

Сочетание такой относительной молодости с «древней» химией стало загадкой. Исследователи пришли к выводу, что эта звезда не могла сформироваться в изоляции. Скорее всего, она приобрела дополнительную массу и необычный химический состав в результате бурного взаимодействия с другим космическим объектом — либо поглотив материал в процессе формирования черной дыры, либо напрямую слившись с другой звездой.

Дополнительным доказательством этой гипотезы послужили наземные наблюдения, которые показали, что красный гигант вращается с необъяснимо высокой скоростью, совершая один оборот за 398 дней. Для изолированной звезды такого возраста и типа это аномально быстро.

Как отметил соавтор работы Джоэл Онт, такое стремительное вращение невозможно объяснить первоначальным моментом звезды. Единственным правдоподобным объяснением является мощное внешнее воздействие, например, приливные силы со стороны компаньона, которые и раскрутили звезду, что еще раз подтверждает сложную и динамичную историю этой системы.

Исследование астрономов вышло за рамки системы Gaia BH2. Они также изучили другую систему с черной дырой, Gaia BH3, и обнаружили, что ее звезда-компаньон, обладающая чрезвычайно низкой металличностью, не проявляет ожидаемых теоретиками колебаний. Это открытие ставит новые вопросы перед современной астрофизикой и указывает на необходимость пересмотра моделей, описывающих поведение таких звезд.

Открытие систем «тихих» черных дыр, таких как Gaia BH2 и BH3, которые не поглощают вещество и потому не испускают рентгеновское излучение, меняет представления ученых о популяции черных дыр в нашей Галактике. Будущие наблюдения телескопа TESS за системой Gaia BH2 обещает пролить больше света на ее прошлое и, возможно, окончательно подтвердить теорию о звездном слиянии, позволив понять, как формируются эти системы.