Спокойная чёрная дыра за пределами Млечного Пути

В Большом Магеллановом Облаке — соседней с Млечным Путем галактике — группа астрономов обнаружила звёздную чёрную дыру, не излучающую излучение. Обнаруженная исключительно благодаря гравитационному притяжению, это первая известная «тихая» чёрная дыра за пределами Млечного Пути. Кроме того, эта чёрная дыра, по-видимому, образовалась не в результате взрыва звезды, а в результате прямого коллапса звезды, как утверждают ученые в журнале Nature Astronomy.

Астрономы подозревают, что в Млечном Пути и окружающих соседних галактиках — Местной группе — миллиарды звёздных чёрных дыр. Звёздные чёрные дыры — это остатки крупных звёзд, масса которых более чем в 15 раз превышает массу нашего Солнца. Когда у такой звезды заканчивается ядерное топливо, она под действием собственного гравитационного притяжения коллапсирует в чёрную дыру. Обычно этот коллапс сопровождается взрывом, также называемым сверхновой, при котором внешняя оболочка звезды выбрасывается в космос.

Однако пока известно только несколько звёздных чёрных дыр, а именно те, которые вращаются вокруг звезды вокруг общего центра. Чёрные дыры в таких двойных системах часто высасывают газообразную материю из звезды-партнера своей сильной гравитацией. Газ нагревается и испускает высокоэнергетическое рентгеновское излучение, которое исследователи могут наблюдать с помощью телескопов и, таким образом, обнаруживать чёрную дыру.

Помимо таких светящихся чёрных дыр, должно быть еще много тихих чёрных дыр, в которые не течёт материя. Для поиска этих типов чёрных дыр Томер Шенар из Университета Левена в Бельгии и его коллеги нацелились на почти тысячу массивных звёзд в районе туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. И команда нашла то, что искала: когда они наблюдали за звездой под названием VFTS 243 с помощью Очень Большого Телескопа Европейской южной обсерватории ESO, они обнаружили периодическое движение. По-видимому, в окрестностях звезды находится еще один небесный объект, который вместе с ней образует тесную двойную систему. Два объекта вращаются вокруг друг друга каждые 10,4 дня, что объясняет периодическое движение звезды VFTS 243.

Но никакого излучения от другой звезды исследователи не смогли обнаружить в телескопы — второй объект оставался совершенно невидимым. В то время как звезда имеет массу в 24 раза больше солнечной, второй объект в двойной системе должен иметь массу не менее девяти масс Солнца. «Из массы невидимого объекта следует, что это должна быть чёрная дыра», — заявил Шенар и его коллеги. Поскольку чёрная дыра также не излучает рентгеновские лучи, команде впервые удалось обнаружить неподвижную черную дыру за пределами Млечного Пути — важный первый шаг в оценке распространенности таких объектов.

Когда исследователи затем более внимательно изучили двойную систему, они сделали еще одно удивительное наблюдение: орбиты двух небесных объектов, по-видимому, почти круглые. Однако при формировании звездной чёрной дыры, когда коллапсирующая звезда выбрасывает свою внешнюю оболочку в космос, чёрная дыра получает мощный толчок, переводя ее на высокоэллиптическую орбиту. В крайних случаях черную дыру можно даже катапультировать из бинарной системы.

Таким образом, по мнению исследователей, круговая орбита указывает на то, что черная дыра VFTS 243 образовалась без сверхновой. «В последнее время неоднократно появлялись указания на такой сценарий», — объясняет Шенар. «Но наше исследование, вероятно, дает одно из самых прямых указаний на это на данный момент.» Даже когда две чёрные дыры сливаются, их орбиты играют важную роль. Таким образом, новые результаты также имеют последствия для интерпретации гравитационных волн, полученных от таких событий с помощью больших детекторных систем.