Анализ данных и наблюдения за черными дырами выявили противоречие: найденные астрономами черные дыры существенно превышают теоретический нижний предел их массы. Недавно ученые обнаружили систему, состоящую из пульсара и его компаньона, масса которого соответствует этому «разрыву в массах».
Ученые-астрономы исследуют системы, состоящие из массивных тел, таких как нейтронные звезды, белые карлики и черные дыры, для проверки теорий гравитации. Наиболее перспективным местом для поиска подобных систем являются шаровые звездные скопления.
Высокая концентрация звезд в центре таких скоплений приводит к более частому взаимодействию между ними. Например, нейтронные звезды могут захватывать менее массивные звезды, находящиеся на главной последовательности, и поглощать их вещество, увеличивая собственную массу. В результате формируются маломассивные рентгеновские двойные системы, в которых одним из компонентов является миллисекундный пульсар – быстро вращающаяся нейтронная звезда. Именно такие системы используются исследователями для проверки теорий гравитации.
В ходе исследования шаровых звездных скоплений с использованием радиотелескопа MeerKAT (Южная Африка) астрономы выявили в NGC 1851, расположенном в созвездии Голубь, 13 миллисекундных пульсаров, включая три массивные двойные системы. Масса компаньона одного из них, PSR J0514-4002E, привлекла особенное внимание исследователей. Об этом они рассказали в журнале Science.
Если бы компаньон являлся звездой, находящейся на главной последовательности, его можно было бы увидеть в оптическом диапазоне. Однако в ходе наблюдений, выполненных с помощью телескопа «Хаббл», подходящий объект не был обнаружен. Это указывает на то, что он должен обладать весьма компактной структурой. На основании анализа периодических сигналов пульсара и расчёта его траектории движения, авторы исследования заключили, что масса компаньона составляет от 2,09 до 2,71 солнечной массы.
Масса этого объекта превышает массу самых массивных пульсаров, для которых удалось получить точные измерения: PSR J0740+6620 (2,08 солнечной массы) и PSR J0348+0432 (2,01 солнечной массы). При этом она меньше массы самых малогабаритных черных дыр (около пяти солнечных масс), идентифицированных в двойных системах. Таким образом, этот объект располагается в области «провала масс» черных дыр – в промежутке между фактическими данными наблюдений и теоретически обоснованной минимальной массой черной дыры (2,2 солнечной массы), которая могла образоваться в результате коллапса нейтронной звезды.
Согласно исследованиям ученых, расположение в плотном шаровом скоплении, эксцентричность орбиты, быстрое вращение пульсара и значительная масса компаньона указывают на то, что система PSR J0514-4002E образовалась в результате «вторичной встречи». В статье авторы высказали предположение, что пульсар начал вращаться, поглощая вещество своего первоначального «соседа», а затем взаимодействовал с нынешним массивным компаньоном.
Основываясь на его массе, новый компаньон, вероятно, возник в результате слияния двойной нейтронной звезды или системы, состоящей из нейтронной звезды и черной дыры. На данный момент, благодаря анализу гравитационных волн, астрономы зафиксировали несколько подобных событий, и масса нового компаньона соответствует оценкам масс, полученным для участников слияний (GW190814, GW191917 и GW200210).
По имеющимся косвенным сведениям, таким как вращение пульсара и характеристики его орбиты, не представляется возможным с уверенностью установить, является ли компаньон наиболее массивной из известных нейтронных звезд или наименьшей черной дырой, сформировавшейся в результате гравитационного коллапса».
В случае, если удастся установить, что этот объект включает в себя радиопульсар и черную дыру, PSR J0514-4002E станет первым обнаруженным в истории наблюдений подобным сочетанием. Это станет важным событием для астрофизиков, поскольку такая система предоставит уникальную возможность для проверки Общей теории относительности.