В основном черные дыры встречаются в паре с нейтронными звездами или другими черными дырами. Это объяснимо: черные дыры возникают из массивных звезд после взрыва сверхновой, который разбрасывает всех мелких компаньонов. В настоящее время исследователи обнаружили тройную систему из двух звезд и черной дыры, которая образовалась без вспышки сверхновой.
При взрыве сверхновой массивная звезда коллапсирует под действием гравитации, образовывая нейтронную звезду или черную дыру. Этот процесс выделяет огромную энергию и материю. Теоретически остаток звезды просто «схлопнулся бы», но на практике выброс энергии даёт объекту мощный толчок. С одной стороны, он способствует образованию компактного объекта. С другой — объект может покинуть систему из-за этого толчка. В любом случае орбиты его компаньонов обязательно меняются.
Математические модели демонстрируют возможность возникновения черных дыр звездной массы без взрыва сверхновой и сильного импульса. Для определения минимального импульса, достаточного для образования черной дыры, астрономы исследуют системы с такими объектами.
Особенно интересны системы, где компактный объект поглощает соседа — рентгеновские двойные. Изучая их, учёные пришли к выводу, что весьма сильный толчок, более 100 километров в секунду, возникает редко. Наконец, нашли систему, где чёрная дыра образовалась будто бы чистым гравитационным коллапсом.
Лебедя V404 — система, находящаяся примерно в восьми тысячах световых лет от Земли. В ней расположена одна из первых подтвержденных черных дыр, описанная еще в 1992 году. По этой причине ее считают одной из самых изученных. Тем удивительнее новое открытие.
Авторы исследования искали новые черные дыры, когда обнаружили снимок V404 Лебедя с рядом яркой точки. Ученые проверили скорость и направление движения этой звезды по каталогу обзора Gaia и пришли к выводу о её принадлежности к системе V404 Лебедя. Результаты исследования. опубликованы в журнале Nature.
V404 Лебедя представляет собой тройную систему. В центре системы находится плотная пара из черной дыры и звезды, поглощаемой ею. От этой пары на расстоянии в 3,5 тысячи астрономических единиц вращается еще одна звезда. Центральная пара разделена друг от друга на расстояние 0,14 астрономической единицы, то есть в два раза ближе, чем Меркурий к Солнцу. Третий компаньон находится в 25 тысяч раз дальше, чем расстояние между парой, или в 90 раз дальше, чем Плутон от Солнца.
Чтобы составить полную картину системы, в том числе «внешней» звезды, группа ученых объединила данные наблюдений VLT, обзора Gaia, систем телескопов Pan-Starrs, обсерватории «Джемини», обсерватории Кека и космического телескопа «Хаббл». В результате астрономы определили возраст третьего компаньона и, соответственно, всей системы — от трех до пяти миллиардов лет. «Внешняя» звезда в 1,2 раза массивнее и на 1,85 больше по радиусу Солнца. Её наличие ставит ограничения на историю активности черной дыры.
Представьте, что вы держите воздушного змея за паутинку. Если потянуть слишком сильно, паутинка порвётся, и вы потеряете змея. Гравитация подобна этой хрупкой нити. Если сделать что-либо резкое с внутренней двойной, потеряете внешнюю звезду. объяснилКевин Бердж, автор нового исследования из Массачусетского технологического университета (США), участвовал в нём.
Ученые с помощью компьютерного моделирования доказали, что система «выживает», если черная дыра образовывается коллапсом без сверхновой и без толчка. Такое возможно даже при массе черной дыры около девяти солнечных масс, что противоречит существующим моделям.
Если бы V404 Лебедя удалилось на полтора раза, Gaia не смогла бы зарегистрировать движение третьего спутника. Если бы масса спутника была увеличена на 10 процентов или уменьшена на 20 процентов, то он был бы недостаточно ярким для инструментов Gaia.
Возможно, подобных систем множество, и третьи компаньоны есть у многих черных дыр звездой массы, но наши инструменты их не обнаруживают. Авторы новой работы также указали, что у большинства рентгеновских двойных с черной дырой в составе могут быть такие соседи. Необходимо лишь пристальнее изучить эти объекты.