Черная дыра звездной массы установила орбитальный рекорд

❋ 5.7

В шаровых звездных скоплениях должно быть немало небольших черных дыр, но астрономам редко удается их обнаружить. И вот ученые нашли первую черную дыру звездной массы в огромном скоплении Омега Центавра. Объект оказался менее массивным, чем ожидали специалисты, зато с огромным орбитальным периодом.

Астрономия

# двойная звезда

# Джеймс Уэбб

# звездное скопление

# Хаббл

# черная дыра

# шаровое скопление

Местоположение черной дыры звездной массы в скоплении Омега Центавра / © ESA/Hubble & NASA, M. Häberle (MPIA), J. DePasquale (STScI)

Астрономы еще в прошлом веке заметили, что в шаровых скоплениях особенно много нейтронных звезд. Нейтронная звезда образуется после взрыва сверхновой массивной звезды. Изредка взрыв полностью уничтожает светило, но чаще в космос разлетаются лишь внешние слои, а оставшееся ядро претерпевает гравитационный коллапс. Если масса остатка меньше трех солнечных масс, получается нейтронная звезда, если больше — черная дыра звездной массы.

Значит, в шаровых скоплениях, помимо нейтронных звезд, должно быть немало черных дыр. Где же они?

Долгое время ученые считали, что черные дыры просто «вылетели» из своих скоплений вскоре после формирования из-за взаимодействия с другими объектами. В XXI веке, с появлением новых расчетов и данных наблюдений, стали очевидны изъяны такого сценария. Выяснилось, что черные дыры не так уж охотно «расстаются» со звездами-соседями, и в некоторых скоплениях должны быть целые популяции таких объектов.

Уверенность в этом только возросла с рождением гравитационно-волновой астрономии. Наблюдения показали, что слияния черных дыр происходят довольно часто, и многие такие пары, вероятно, образовались как раз в звездных скоплениях.

Сегодня астрономы уверены, что черные дыры звездной массы играют центральную (во всех смыслах) роль в эволюции шаровых скоплений. Поэтому в скоплениях с большим ядром должна быть и значительная популяция сохранившихся черных дыр. Чтобы оценить их количество и характеристики, осталось лишь найти их, а это непростая задача.

До сих пор в шаровых скоплениях Млечного Пути динамическими методами (по их гравитационному воздействию) удалось подтвердить лишь две черные дыры звездной массы. Обе расположены в скоплении NGC 3201 и вращаются в паре со звездой с орбитальными периодами в 2,2 дня и 167 дней. И вот ученые нашли еще один примечательный объект.

В скоплении Омега Центавра астрономы обнаружили пару из звезды и черной дыры звездной массы. Омега Центавра — крупнейшее шаровое скопление нашей Галактики, состоящее из 10 миллионов звезд. По оценкам ученых, в нем должно быть примерно 10 тысяч черных дыр звездной массы, которые остались после сверхновых. Наконец, нашли одну из них. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astronomical Journal Letters.

Объект удалось «поймать» по «вихлянию» звезды из-за ее гравитационного взаимодействия с соседом. Ранее другая группа ученых предположила, что рядом находится нейтронная звезда. Чтобы проверить это, авторы новой работы отсортировали более 20 лет архивных наблюдений космического телескопа «Хаббл». Затем расчеты «вихляния» уточнили по новейшим данным космического телескопа «Джеймс Уэбб». Так исследователи определили массу «невидимого» объекта — 4,46 солнечной массы. Это может быть только черная дыра.

Расположение черной дыры звездной массы oMEGACat BH-2 относительно центра (желтый крест) шарового скопления Омега Центавра. Справа — приближенный снимок звезды-компаньонки черной дыры / © ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)

Черную дыру звездной массы назвали oMEGACat BH-2. Она расположена примерно в 18 тысячах световых лет от Земли. Ее компаньонка — старая звезда массой около 0,78 массы Солнца. Вращаясь вокруг общего центра масс, они делают полный оборот за 94 земных года. Это рекорд среди известных пар, в составе которых есть черная дыра звездной массы.

Долгий орбитальный период означает, что два объекта не сформировались вместе, а встретились «взрослыми». По расчетам авторов исследования, такая система не может продержаться более миллиарда лет. Черная дыра и звезда разлетятся в разные стороны из-за взаимодействия с другими объектами.

Ученые продолжат искать другие черные дыры звездой массы в Омеге Центавра и других схожих шаровых скоплениях.

Отдельный интерес вызывает слишком уж небольшая масса oMEGACat BH-2. Исследователей удивило, древняя звезда с низкой металличностью могла породить настолько маломассивную черную дыру. Надеемся, дальнейшие исследования помогут найти объяснение.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор специализируется на популяризации астрономии и астрофизики. Пишет о строении Вселенной, космологических теориях и новых открытиях, раскрывая суть явлений и идей современного научного знания.