Астрономы давно обратили внимание на необычные двойные системы, где желтые карлики благополучно обращаются вокруг черных дыр, причем на довольно близком расстоянии. Вопрос был даже не в том, что у относительно небольшой звезды такой опасный компаньон, а в том, как она может «дожить» до момента его появления.
Черная дыра звездной массы — то, что когда-то было ядром очень массивного светила, чаще всего в десятки раз тяжелее Солнца. Такие долго не «живут»: иногда лишь за 10 миллионов лет в их ядрах полностью «перегорает» все термоядерное топливо.
Тогда уже ничто не может сдерживать гравитацию, которая стремится сжимать вещество. От этого сжатия ядро раскаляется, нагревает и раздувает окружающие слои. Звезда временно становится красным гигантом, а потом взрывается сверхновой — сбрасывает всю внешнюю оболочку. Ядро при этом «проваливается» само в себя: превращается в черную дыру.
Этот классический, повсюду наблюдаемый сценарий не позволяет представить себе, чтобы у черной дыры была «живая и невредимая» карликовая звезда-компаньон, тем более на близком расстоянии. По всем расчетам, крупная партнерша должна поглотить ее, еще будучи на стадии красного гиганта: стареющие звезды расширяются до огромных диаметров, и находиться рядом с ними в это время — верная гибель.
Именно поэтому так озадачивают астрономов, в частности, две системы, обнаруженные космической обсерваторией Gaia: BH1 и BH2. BH, как легко догадаться, означает black hole — «черная дыра». Черная дыра № 1 расположена в 1560 световых годах от нас, в созвездии Змееносца, № 2 — в 3800 световых лет от Земли, в созвездии Центавра. Масса у них очень похожая: 9,6 и 8,9 массы Солнца.
И у одной, и у второй есть компаньоны, причем в обоих случаях это звезды «весом» примерно с наше светило. Обе еще «живы», правда, вторая уже завершает основной этап своей эволюции и превратилась в красного гиганта. Но все равно это по своему типу солнцеподобная звезда.
Интересно, что эти «солнца» расположились к своим черным дырам очень близко: у BH1 звезда находится почти на расстоянии Земли от Солнца, у BH2 — там, где в Солнечной системе Юпитер. При этом «прародительницы» этих черных дыр были звездами огромных масс: к примеру, BH2 была ядром светила «весом» в 92 Солнца, и BH1 совершенно точно имела массу больше 50 Солнц. Как они при таких габаритах не «съели» компаньонов еще до своей «смерти» или не выбили их из системы после того, как вспыхнули сверхновыми, — интересный вопрос.
Команда астрономов из Швейцарии, США, Испании и Греции предложила ответ. В своей статье (доступна на сервере препринтов arXiv.org) ученые поделились расчетами, из которых выходит, что эти огромные «прародительницы» черных дыр красными гигантами никогда не были: к моменту «перегорания» ядра они давно растеряли большую часть своего вещества «по дороге».
В космосе наблюдают такие примеры, их называют звездами Вольфа — Райе (в честь французских астрономов-первооткрывателей). Эти светила изначально тяжеловесны, но они как будто не в силах удерживать в себе такую массу и постепенно исторгают ее. Один из самых эффектных примеров — WR 124, окруженная тяжелой «тучей» собственного выброшенного вещества, хотя она при этом сверхновой не взрывалась.
Как объяснили астрономы, при таком сценарии к моменту своего конца как звезды у BH2 должно было остаться массы всего примерно на 11 Солнц. Пару солнечных масс отбросило прочь, а остальное «схлопнулось» в черную дыру.
Моделирование показало, что в принципе все это вполне позволяет желтым карликовым компаньонам продолжать спокойно «жить», пока с их гигантскими «братьями» происходят все эти трансформации. Кстати, маломассивные звезды «сжигают» в себе водород миллиарды лет, так что для них метаморфозы тяжеловесов — мимолетное воспоминание.
Наблюдаемая ситуация порождает и более интересный вопрос: значит ли это, что планеты у солнцеподобных звезд тоже могут пережить подобное соседство и впоследствии существовать близ черной дыры? Однако пока астрономические инструменты недостаточно эффективны, чтобы уверенно обнаруживать планеты на таких расстояниях.