В рамках огляду «Гайя» астрономи виявили подвійну зірку, що складається з вкрай бідного металами гіганта та темного об’єкта масою в 33 рази більшою за Сонце. Мабуть, це чорна діра, а точніше – рекордна за масою чорна діра зоряної маси у Чумацькому Шляху. Причому за галактичними мірками вона знаходиться недалеко від нас.
У рамках огляду «Гайя» астрономи збирають найдокладнішу карту зірок Чумацького Шляху. До 2024 року вийшло три релізи даних, наступний – Gaia DR4 – вийде не раніше кінця 2025-го. Серед іншого очікується, що в новому релізі буде набагато більше виявлених подвійних систем, серед яких вчені зможуть знайти ті, де один із компонентів — чорна діра. Саме під час попередньої перевірки даних щодо таких систем дослідники виявили незвичайну пару. У світлі важливості відкриття вони вирішили опублікувати результати розрахунків уже зараз.
Примітним об’єктом виявилася подвійна система, яку тепер позначатимуть Gaia BH3, хоча як зірку її знали й раніше. Вона знаходиться приблизно в 1,92 тисяч світлових років від нас (590 парсек), в області сузір’я Орел. Судячи з параметрів, яскравий компонент системи – бідний на метали гігант. Він обертається довкола темного об’єкта з періодом 11,6 земного року.
Астрономи звернули на нього увагу, оскільки оціночна маса цього компаньйона виявилася вищою за 30 сонячних мас, при тому, що в інших 1,5 мільйона потенційних подвійних це значення не перевищувало 20 сонячних мас. За результатами точних розрахунків вийшло, що маса зірки – 0,76±0,05 сонячної маси, а маса темного об’єкта – 32,7±0,82 сонячної маси. Дослідження опубліковано в журналі Astronomy & Astrophysics.
У цього об’єкта дуже низька яскравість, щоб вважати його зіркою, а маса занадто велика для нейтронної зірки. Залишаються лише три варіанти: чорна діра, пара чорних дір або чорна діра в парі з компактним об’єктом. Теоретично наявність пари об’єктів можна було б виявити коливанням. Але за розрахунками ці коливання виходять занадто малі, щоб їх було видно у даних «Гайї». Так що автори дослідження хоч і не можуть спростувати припущення про пару компактних об’єктів, все ж таки поки дотримуються найпростішого пояснення: це «зоряна» чорна діра масою в 33 рази більша за Сонце.
Раніше астрономи «бачили» подібні чорні діри лише за гравітаційними хвилями від їхнього зіткнення. Їхній діапазон — від 30 до 83 сонячних мас. Головна проблема в тому, що такий розмір досить важко пояснити зірковим походженням. Зірки в 30 разів масивніші за Сонце втрачають більшу частину цієї маси під час своєї еволюції через сильний зоряний вітер. У результаті їх виходять темні діри масою менше 20 сонячних мас.
До відкриття BH3 найбільшою чорною дірою в Чумацькому Шляху була Cygnus X-1 масою приблизно 20 сонячних. Щоправда, це не означає, що в Галактиці немає масивних «зіркових» чорних дір. Їх просто дуже складно засікти, адже більшість ніяк не взаємодіє з компаньйоном.
Тим не менш, є одне «рішення», що дозволяє отримати з масивної зірки масивну чорну діру. Для цього масивна зірка має бути гігантом із низькою металевістю.
По-перше, це знижує відсоток втраченої маси у процесі еволюції. По-друге, через менший радіус нижча ймовірність злиття з компаньйоном. По-третє, при колапсі в чорну діру у таких зірок набагато слабше або навіть взагалі немає «поштовху», який може вибити другого компаньйона. При цьому потенційно допустима металевість зірки залишається об’єктом суперечок. За деякими моделями, навіть масивні зірки з металевістю Сонця можуть перетворюватися на чорні діри в 30 сонячних мас.
Низька металевість зірки в парі BH3 підвищує ймовірність того, що і чорна діра утворилася із зірки з такою ж низькою металевістю. Втім, автори нового дослідження зазначили, що не можуть виключити сценарій утворення цієї чорної діри з двох менших.
Також є ймовірність, що чорна діра «підчепила» зірку, пролітаючи повз, якщо вона утворилася в насиченому об’єктами середовищі. Цю версію можна підкріпити тим, що, судячи з параметрів руху, BH3 може входити у нещодавно відкритий зірковий ED-2 — ймовірний залишок кульового скупчення.
Тепер світова спільнота астрономів вже зараз зможе розпочати спостереження за BH3. Благо за галактичними мірками вона знаходиться недалеко від Сонячної системи, що спрощує спостереження. Вивчення BH3 та зіставлення її параметрів з параметрами BH1, BH2 та чорних дір, виявлених по гравітаційних хвилях, допоможуть розібратися у формуванні та еволюції таких об’єктів.
