Ученые из миссии Gaia Европейского космического агентства обнаружили в галактике Млечный Путь «спящую» черную дыру массой 33 солнечных массы, что делает ее самой массивной черной дырой, являющейся итогом эволюции звезды, обнаруженной в нашей галактике на сегодняшний день.
Черная дыра, получившая название Gaia BH3, является частью бинарной системы (черная дыра и звезда вращаются друг вокруг друга), расположенной примерно в 590 парсеках от Земли — в 1924 световых годах от Солнечной системы, в созвездии Орла. Дополнительные данные других телескопов, в том числе «Очень Большого Телескопа» ESO в Чили, подтвердили, что масса этой черной дыры в 33 раза больше массы нашего Солнца.
Черная дыра BH3 не засасывает вещество со своей соседки, что делает ее «спящей» черной дырой, обнаруживаемой только по их притяжению с звездой-компаньоном (в противном случае падающее вещество «пожираемой» звезды падало бы на черную дыру, сильно разогревалось бы от трения и светилось, но ничего этого в данном случае не происходит.).
Обнаружение Gaia BH3 стало возможным благодаря анализу крошечных колебаний в движении звезды, вызванных гравитационным притяжением невидимой черной дыры. Масса Gaia BH3 необычна, поскольку она значительно больше типичной массы черных дыр в нашей галактике, которая обычно не превышает 15 солнечных масс. Открытие черной дыры в 33 солнечных массы бросает вызов современным теориям звездной эволюции, которые не могут объяснить, как черная дыра такой массы могла образоваться из одной звезды.
«Никто не ожидал обнаружить поблизости черную дыру большой массы, которая до сих пор оставалась незамеченной. Такое открытие можно сделать один раз в жизни», — сказал в своем заявлении член команды астрономов Gaia Паскуале Пануццо.
Ближайшие к Солнечной системе черные дыры
Это не первая черная дыра в Млечном Пути — на самом деле их, вероятно, около сотни миллионов. В 480 парсеках (1545 световых лет) от Солнечной системы находится двойная система Gaia BH1 в созвездии Змееносца с кандидатом в черные дыры. Масса этой черной дыры оценивается в 9,62 массы Солнца.
В 3000 световых лет от Солнца в созвездии Единорога есть также двойная звездная система V616 с компактным объектом от 3 до 5 солнечных масс. Это превышает максимальную возможную массу нейтронной звезды, в результате чего этот объект считается одним из возможных кандидатов в черные дыры, появившиеся в результате эволюции звезды.
В 6070 световых лет от Солнечной системы также есть массивная двойная система, один из ее компонентов — черная дыра Лебедь X-1 (Cygnus X-1) массой порядка 14,8 солнечных. Также в систему входит голубой сверхгигант с переменным блеском, обозначенный HDE 226868 — его масса составляет около 19 масс Солнца.
Gaia BH3 — самая массивная звездная черная дыра, обнаруженная на сегодняшний день в Млечном Пути. На изображении художника радиусы черных дыр прямо пропорциональны их массам, но сами черные дыры непосредственно не изображены
Как рождаются черные дыры
Черная дыра — это один из трех возможных результатов взрыва звезды в конце ее жизненного цикла. После взрыва в результате гравитационного коллапса ядра остается сверхплотное ядро, или компактный остаток звезды. В зависимости от того, насколько массивной была звезда, компактный остаток будет либо нейтронной звездой — объектом настолько плотным, что чайная ложка его материала весила бы на Земле около триллиона килограммов, либо черной дырой. И нейтронная звезда, и черная дыра имеют очень сильное гравитационное поле. Гравитационное притяжение черной дыры настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Третий вариант — образование из погасшей очень плотной звезды белого карлика, чей верхний предел массы варьируется в диапазоне от 1,38 до 1,44 солнечных масс.
В прошлом астрономы находили множество подсказок, намекающих на эту цепочку событий, например, обнаружили нейтронную звезду в Крабовидной туманности — газовом облаке, оставшемся после взрыва звезды около тысячи лет назад. Но они никогда раньше не видели, как этот процесс происходит в реальном времени, а значит, прямых доказательств того, что сверхновая оставляет после себя компактный остаток, до сих пор не было.
Лишь недавно ученые смогли доказать эту цепочку событий — ранее это была теория. Открытие произошло, когда ученые впервые увидели, как остаток взорвавшейся звезды засасывает материю.