В ходе исследования «Гайя» астрономы выявили двойную звездную систему, включающую в себя гиганта с очень низким содержанием металлов и темным объектом, масса которого в 33 раза превышает массу Солнца. Предположительно, это черная дыра, а точнее – черная дыра звездной массы с рекордной массой в Млечном Пути. При этом, в масштабах галактики, она расположена относительно недалеко от нас.
В рамках обзора «Гайя» астрономы собирают самую подробную карту звезд Млечного Пути. К 2024 году вышло три релиза данных, следующий — Gaia DR4 — выйдет не раньше конца 2025-го. В числе прочего ожидается, что в новом релизе будет гораздо больше выявленных двойных систем, среди которых ученые смогут отыскать те, где один из компонентов — черная дыра. Как раз во время предварительной проверки данных по таким системам исследователи обнаружили необычную пару. В свете важности открытия они приняли решение опубликовать результаты расчетов уже сейчас.
Заслуживающим внимания оказался двойной объект, который теперь будет именоваться Gaia BH3, хотя ранее он был известен как звезда. Он расположен на расстоянии около 1,92 тысячи световых лет от Земли (590 парсек) в области созвездия Орел. Согласно полученным данным, яркий компонент системы представляет собой гигант, обедненный металлами. Он обращается вокруг невидимого объекта за 11,6 земных лет.
Астрономов заинтересовала эта звезда, поскольку предварительно измеренная масса ее компаньона превышала 30 масс Солнца, в то время как у остальных 1,5 миллиона потенциальных двойных звезд этот показатель не доходил до 20 солнечных масс. Более точные расчеты показали, что масса звезды составляет 0,76 ± 0,05 солнечной массы, а масса темного объекта — 32,7 ± 0,82 солнечной массы. Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Яркость этого объекта недостаточна для того, чтобы классифицировать его как звезду, однако его масса превышает массу нейтронной звезды. В результате остаются лишь три возможных объяснения: это может быть черная дыра, система из двух черных дыр или черная дыра, взаимодействующая с компактным объектом. Наличие пары объектов, теоретически, можно было бы обнаружить по колебаниям, однако расчеты показывают, что эти колебания слишком незначительны, чтобы их можно было зафиксировать в данных, полученных телескопом «Гайя». Поэтому, хотя авторы исследования и не могут исключить возможность существования пары компактных объектов, они на данном этапе склоняются к наиболее простому объяснению: это одиночная черная дыра с массой, в 33 раза превышающую массу Солнца.
Ранее астрономы могли фиксировать подобные черные дыры только по гравитационным волнам, возникающим при их слиянии. Масса этих объектов варьируется от 30 до 83 солнечных масс. Основная трудность заключается в том, что такое крупный размер сложно объяснить их звездным происхождением. Звезды, масса которых в 30 раз превышает массу Солнца, в процессе эволюции теряют значительную часть своей массы из-за интенсивного звездного ветра. В конечном итоге это приводит к образованию черных дыр, масса которых не превышает 20 солнечных масс.
До открытия BH3, являвшейся самой крупной черной дырой в Млечном Пути, Cygnus X-1 с массой около 20 солнечных считалась рекордсменкой. Однако это не исключает наличия в Галактике еще более массивных черных дыр, образовавшихся из звезд. Их обнаружение затруднено, поскольку многие из них не демонстрируют взаимодействия с другими объектами.
Однако существует один способ, который позволяет сформировать массивную черную дыру из массивной звезды. Для этого потребуется массивная звезда, являющаяся гигантом с низким содержанием металлов.
Прежде всего, это уменьшает долю массы, которая теряется в ходе эволюции. Кроме того, меньший радиус снижает вероятность слияния с другим небесным телом. В-третьих, при гравитационном коллапсе в черную дыру у подобных звезд значительно слабее или вовсе отсутствует выброс, способный отбросить второго компаньона. При этом допустимый уровень металличности звезды по-прежнему вызывает дискуссии. Согласно ряду моделей, даже массивные звезды с содержанием металлов, сопоставимым с солнечным, могут превратиться в черные дыры массой до 30 солнечных масс.
Невысокое содержание металлов в звезде, являющейся частью системы BH3, указывает на возможность формирования черной дыры из звезды, также характеризующейся низким содержанием металлов. Тем не менее, исследователи не исключают, что данная черная дыра могла образоваться в результате слияния двух менее массивных объектов.
Существует также возможность того, что черная дыра захватила звезду, пролетая рядом, особенно если она сформировалась в области с высокой концентрацией объектов. Данную гипотезу поддерживает тот факт, что, согласно данным о траектории движения, BH3 может быть частью недавно обнаруженного звездного скопления ED-2, которое, вероятно, является остатком шарового скопления.
В настоящее время мировое сообщество астрономов может приступить к наблюдениям за BH3. Это связано с тем, что по галактическим масштабам она расположена относительно недалеко от Солнечной системы, что облегчает проведение наблюдений. Исследование BH3 и сопоставление ее параметров с параметрами BH1, Изучение бинарных черных дыр и черных дыр, выявленных с помощью гравитационных волн, позволит лучше понять процессы формирования и развития этих объектов.