Недалеко от Земли найдена черная дыра

Астрономы из Европейской южной обсерватории (ESO) и ряда других исследовательских организаций открыли черную дыру совсем недалеко от Земли, по космическим меркам.

This artist’s impression shows the orbits of the objects in the HR 6819 triple system. This system is made up of an inner binary with one star (orbit in blue) and a newly discovered black hole (orbit in red), as well as a third object, another star, in a wider orbit (also in blue). The team originally believed there were only two objects, the two stars, in the system. However, as they analysed their observations, they were stunned when they revealed a third, previously undiscovered body in HR 6819: a black hole, the closest ever found to Earth. The black hole is invisible, but it makes its presence known by its gravitational pull, which forces the luminous inner star into an orbit. The objects in this inner pair have roughly the same mass and circular orbits. The observations, with the FEROS spectrograph on the 2.2-metre telescope at ESO’s La Silla, showed that the inner visible star orbits the black hole every 40 days, while the second star is at a large distance from this inner pair.

От Солнечной системы до неё примерно 1100 световых лет. Она ближе к Солнечной системе, чем все остальные, известные на сегодняшний день чёрные дыры.

Открыть чёрную дыру удалось потому, что она входит в тройную систему звезд HR 6819, которая, видна даже невооруженным глазом, её звёздная величина 5,35m. Астрономы обнаружили её, отслеживая движения двух других звезд-компаньонов. Для этого даже не понадобился крупный телескоп. Исследователи использовали 2.2-метровый телескоп MPG/ESO в обсерватории ESO Ла Силья в Чили. Авторы открытия говорят, что найденная система может оказаться лишь «верхушкой айсберга», и в будущем может быть обнаружено множество подобных черных дыр.

Вначале астрономы изучали систему HR 6819 в созвездии Телескопа в рамках своего исследования двойных звездных систем, поскольку считали, что в системе только две звезды. Однако, когда они проанализировали свои наблюдения, то были изумлены: в системе присутствовало третье невидимое тело. Наблюдения на спектрографе FEROS показали, что одна из двух видимых звезд обращается вокруг скрытого компаньона за 40 дней. Необходимые для надёжного определения этого периода наблюдения продолжались несколько месяцев. Другая звезда находится на большом расстоянии от этой внутренней пары, поэтому её период пока определить не успели.

Исследуя орбиту видимой звезды внутренней пары, астрономы смогли вычислить массу её невидимого компаньона. Она составляет, по меньшей мере, 4 массы Солнца. Недоступный телескопу объект такой массы в данных условиях может быть только черной дырой. Объекты внутренней пары имеют примерно одинаковые массы и круговые орбиты.

This wide-field view shows the region of the sky, in the constellation of Telescopium, where HR 6819 can be found, a triple system consisting of two stars and the closest black hole to Earth ever found. This view was created from images forming part of the Digitized Sky Survey 2. While the black hole is invisible, the two stars in HR 6819 can be viewed from the southern hemisphere on a dark, clear night without binoculars or a telescope.

Скрытая черная дыра в HR 6819 – одна из самых первых обнаруженных черных дыр звездной массы, которые не взаимодействуют активно со своим окружением и потому остаются поистине черными. Чаще всего чёрные дыры обнаруживают по тому излучению, которое создаёт падающее на них вещество. На сегодняшний день астрономы нашли в нашей Галактике всего пару десятков черных дыр. Почти все они активно взаимодействуют со своим окружением и выдают свое присутствие мощным рентгеновским излучением, возникающим при этом взаимодействии. Но по оценке астрофизиков за время жизни Млечного Пути в черные дыры в конце своей эволюции должны были превратиться сотни миллионов звезд. Открытие «спящей» невидимой черной дыры в HR 6819 подсказывает, где могут находиться многие пока скрытые от астрономов черные дыры Млечного Пути.

Астрономы уже предполагают, что их находка может пролить свет и на поведение системы LB-1 в созвездии Близнецов, где в 2019 году тоже была обнаружена чёрная дыра звёздной массы. Правда, там оценки дают массу чёрной дыры почти 70 солнечных масс, что более чем вдвое превышает теоретическую максимальную массу чёрных дыр звёздной массы. Эта система тоже может оказаться тройной, хотя чтобы это доказать, надо провести еще дополнительные наблюдения. LB-1 находится несколько дальше от Земли (15 000 световых лет), но по астрономическим меркам это всё равно довольно близко.

Вероятно, существует значительно больше подобных систем. Находя и исследуя их, мы можем многое узнать об образовании и эволюции редких звезд, которые начинают свою жизнь с массами более 8 солнечных, а заканчивают ее взрывом сверхновой, после которого остается черная дыра.

Открытие тройных систем с внутренней парой и третьей удаленной звездой может оказаться интересным и для изучения слияния звёзд и чёрных дыр, сопровождающимся выделением огромной энергии. При таких событиях могут испускаться достаточно мощные гравитационные волны, которые можно зарегистрировать на Земле. Некоторые астрономы полагают, что слияния могут происходить в системах, где внутренняя пара состоит из двух черных дыр или черной дыры и нейтронной звезды. Удаленная звезда может гравитационно воздействовать на внутреннюю пару таким образом, что дает толчок её слиянию и излучению гравитационных волн. Хотя в HR 6819 и LB-1 только по одной черной дыре и нет нейтронных звезд, эти системы все же могут помочь понять, как именно в тройных звездных системах могут происходить столкновения звезд.