Команда астрономів дослідила понад 150 тисяч зірок, що потрапили в огляд телескопа «Гая», та відшукали жовтого карлика — подібну нашому Сонцю зірку, рух якою вказує, що вона має якогось компаньйона. Його масу оцінили як масу десяти Сонць, а з огляду на ексцентриситет і період обертання, вчені віднесли його у кандидати в чорну діру. Якщо природа компаньйона підтвердиться, то він стане найближчою до Землі чорною дірою — на відстані 1,5 тисячі світлових років від нас. Робота прийнята до публікації у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а препринт доступний на arXiv.
Блакитною крапкою позначене можливе положення чорної діри. Kareem El-Badry at al. / arXiv, 2022
Як можна не помітити чорну діру поруч?
Наша галактика Чумацький шлях, за оцінками, володіє близько сотнею мільйонів чорних дір, з яких підтвердити вдалося лише 20 та 50 віднести до кандидатів за даними про їхнє гамма-, рентгенівське та радіовипромінювання у подвійних системах, яке можна зафіксувати поки вони поїдають своїх зоряних компаньйонів. Втім, зазвичай у такому випадку зоря-компаньйонка знаходиться поруч із чорною дірою, а тому системи, де відстань між об'єктами більша, знайти вже складно через відсутність яскравого випромінювання.
І астрономи з університетів США, Німеччини, Австралії, Франції та Ізраїлю взялися пошукати такі в оглядах неба космічної обсерваторії «Гая», яка дає можливість точно вимірювати положення світил, а отже і їхню можливу належність до подвійних систем. Так вчені зібрали вибірку з 168 065 зірок, що з огляду на їхні орбіти мають компаньйонів, та відшукали у ній цікаву систему Gaia BH1, що складається з яскравої близької сонцеподібної зірки, що обертається навколо темного об'єкта — кандидата у чорну діру.
Це точно чорна діра?
Обрана астрономами зірка є яскравим сонцеподібним світилом масою у 0,93 маси Сонця, ефективною температурою у 5 850 кельвінів та близькою до сонячної металічністю. Вона знаходиться у сузір'ї Змієносця. Згідно із даними її променевої швидкості, вона раз на 185,6 дня обертається навколо компаньйона, що володіє масою у 9,8 сонячної. Цей сценарій найкраще пасує астрофізичним моделям, які б могли пояснити орбіту світила без чорної діри у компаньйонах.
Орбітальний період системи при доволі невеликому ексцентриситеті у 0,45 є найбільшим серед відомих подвійних систем із чорними дірами. А сама система таким чином стає найближчою до нас чорною дірою з відомих — відстань до неї складає 1,5 тисячі світлових років, що втричі ближче ніж попередній кандидат на цей статус.
Таємничого компаньйона не вдалося виявити в рентгенівському або радіодіапазоні, а також він не демонструє притаманної чорним дірам, що акреціюють, поведінки (наприклад, спалахи або швидке мерехтіння). Однак вчені зазначають, що виявлення рентгенівського чи радіовипромінювання було б несподіваним, враховуючи слабкий зоряний вітер, який можна очікувати від зірки та велику відстань між нею і чорною дірою.
Порівняння Gaia BH1 (чорний) з відомими рентгенівськими подвійними системами із чорних дір. Kareem El-Badry at al. / arXiv, 2022
Звідки вона взялася?
Як пишуть у своїй статті вчені, перша знайдена потужностями телескопа «Гая» чорна діра є доволі «чудернацькою», що її складно вписати у стандартні моделі еволюції подвійних систем. Дослідники вважають, що прародичкою чорної діри була зоря масою не менше як 20 Сонць, яка ставши надгігантом простяглася би на 10 астрономічних одиниць у радіусі. Однак, схоже, з огляду на відстань між чорною дірою і її зорею зараз, вони взаємодіяли ще до еволюції однієї з них в чорну діру. Імовірно, знайдена зірка ще до її появи пережила потрапляння в оболонку світила, що утворило чорну діру, однак затим була викинута і тепер обертається навколо неї. Вона і сама скоро має пережити перетворення на червоного гіганта, завершивши еволюцію системи як подвійної з чорної діри та білого карлика.
Автори роботи також вважають, що якщо компаньйоном зірки не є самотня чорна діра, то ним має бути також подвійна система, одним компонентом якої обов'язково є чорна діра. У такому випадку знайдена зірка була третім компаньйоном тісної подвійної системи пари масивних зірок. Вона сформувалася на орбіті, яку можна спостерігати зараз, і лишилася на ній.
Також раніше ми розповідали, як за допомогою комплексу Дуже великого телескопа астрономи спростували відкриття ще однієї найближчої до нас чорної діри: вона виявилася парою зірок у тисячі світлових років від нас. Більше про те, якими бувають такі об’єкти, можна дізнатися у нашому матеріалі «Що таке чорна діра?».
Сусідні чорні діри
☀️Ще одного кандидата у найближчу (а заразом і найменшу з відомих) до Землі чорну діру знайшли у сузір'ї Єдиноріг. Її маса всього втричі більша за Сонце
🤫А у нашій сусідній галактиці Великій Магеллановій Хмарі знайшли кандидата в неактивну чорну діру. Просто вона забирає матеріал у своєї зірки так, що не утворює диску, який можна було б побачити
🟠І нарешті астрономи сфотографували тінь чорної діри з центру нашого Чумацького Шляху