Используя данные, собранные спутником ЕКА Gaia, о странном колебательном движении звезды, ученые подтвердили, что она вращается вокруг самой массивной черной дыры, когда-либо обнаруженной в Млечном Пути, под названием Gaia BH3.
Масса была определена с помощью данных, полученных с Очень большого телескопа ESO (VLT) и других обсерваторий на Земле, и превышает массу Солнца в 33 раза. Предыдущим рекордсменом по массе самой массивной звездной черной дыры была Cygnus X-1, в 21 раз превышающая массу Солнца. И вообще, звездные черные дыры, которые образуются в результате коллапса массивных звезд, в Галактике в среднем примерно в 10 раз массивнее нашей звезды. Таким образом, это, безусловно, большое исключение.
Более того, эта черная дыра находится очень близко к нам. На расстоянии всего 2000 световых лет, в созвездии Орёл, она является второй по близости к Земле из известных черных дыр.
Черная дыра в данных Gaia
Прецизионная астрометрическая миссия Gaia, запущенная в 2013 году, составляет многомерную карту Галактики, чтобы завершить самую точную звездную перепись в истории. Изначально предполагалось, что она продлится пять лет. В декабре 2017 года ЕКА продлило срок еще на 18 месяцев, до декабря 2020 года, а в 2018 году срок был продлен до 2022 года, который затем был перенесен на 2025 год.
Выпуск первого блока данных (DR1, Data Release 1) состоялся 14 сентября 2016 года, DR2 — 25 апреля 2018 года, Early Data Release 3 стал доступен 3 декабря 2020 года, DR3 — 13 июня 2022 года. Наконец, 10 октября 2023 года был выпущен Focused Product Release (FPR). В нем содержатся данные о 381 возможном гравитационно линзированном квазаре и более полумиллиона слабых звезд в огромном скоплении — звезд, которые до этого не видел ни один телескоп.
Gaia BH3 (или просто BH3) была обнаружена случайно, когда команда миссии просматривала наблюдения в рамках подготовки к следующему выпуску данных (DR4, ожидается не ранее конца 2025 года). Отметив странное колебательное движение звезды, измеряемое Gaia в течение многих лет, удалось выдвинуть гипотезу и доказать наличие звездной черной дыры в качестве бинарного компаньона. Паскуале Пануццо, член коллаборации Gaia и астроном CNRS в Парижской обсерватории, сказал:
«Никто не ожидал обнаружить черную дыру большой массы, скрывающуюся поблизости и до сих пор не обнаруженную. Такое открытие можно сделать раз в жизни«.
Художественное изображение, сравнивающее три звездные черные дыры в нашей Галактике: Gaia BH1, Cygnus X-1 и Gaia BH3, чьи массы соответственно в 10, 21 и 33 раза превышают массу Солнца.
Подтверждение и оценка массы
Для подтверждения открытия коллаборация Gaia использовала данные нескольких приборов и обсерваторий на Земле:
- Ультрафиолетовый и визуальный эшелле-спектрограф (UVES), установленный на VLT.
- Спектрограф HERMES телескопа Меркатор, установленного в Ла-Пальме (Испания) Лёвенским университетом в сотрудничестве с обсерваторией Женевского университета.
- Высокоточный спектрограф SOPHIE Обсерватории Верхнего Прованса — Института Пифея OSU.
Эти наблюдения позволили выявить ключевые свойства звезды-компаньона. А вместе с данными Gaia они позволили астрономам точно измерить массу BH3: она в 33 раза больше массы Солнца.
Химический состав звезды-компаньона также указывает на то, что черная дыра образовалась после коллапса массивной звезды с очень малым количеством тяжелых элементов (в астрономии их называют просто металлами), как и предсказывала теория.
Подтверждение теории
Астрономы уже находили столь же массивные звездные черные дыры за пределами Млечного Пути, хотя и с помощью других методов обнаружения. Они предположили, что они могут образовываться в результате коллапса звезд, в химическом составе которых есть несколько элементов тяжелее водорода и гелия.
Однако до сих пор отсутствовали наблюдательные данные, напрямую связывающие бедные металлами звезды с массивными звездными черными дырами. Теперь, благодаря этому открытию, они появились.
Парные звезды, как правило, имеют схожий состав, поэтому компаньон BH3 содержит важные сведения о звезде, которая разрушилась и образовала эту исключительную черную дыру. Данные UVES, как мы уже говорили, показали, что компаньон был очень бедной металлами звездой. Это указывает на то, что звезда, которая сколлапсировала с образованием BH3, также была бедна металлами, как и ожидалось.
Дальнейшие наблюдения этой системы, например, с помощью прибора GRAVITY на VLT, могут в будущем раскрыть больше информации о ее истории и самой черной дыре, а также о среде вокруг нее. Это может дать нам больше подсказок, как искать другие подобные случаи в нашей Галактике и за ее пределами.
С исследованием, опубликованным в журнале Astronomy & Astrophysics, можно ознакомиться здесь.
