Миссия ESA Gaia помогла открыть новый вид черной дыры. У новой семьи уже два члена, и оба находятся ближе к Земле, чем любая другая черная дыра, о которой мы знаем.
Команда астрономов изучала орбиты отслеживаемых Gaia звезд и заметила, что некоторые из них колеблются на небе, будто на них гравитационно влияют массивные объекты. Несколько телескопов искали объекты, но света найти не удалось, оставляя только одну возможность – черные дыры.
Используя данные миссии ESA Gaia, астрономы обнаружили не только ближайшую к Земле, но и вторую по ней черную дыру. Черные дыры Gaia BH1 и Gaia BH2 расположены соответственно на расстоянии 1560 световых лет от нас в направлении созвездия Змееносца и на расстоянии 3800 световых лет от нас в созвездии Центавра. В галактических терминах эти черные дыры находятся на нашем космическом заднем дворе.
Две черные дыры были обнаружены путем изучения движения их звезд-компаньонов. Странное «колебание» в движении звезд на небе указывало на то, что они вращаются вокруг массивного объекта. В обоих случаях объекты примерно в десять раз массивнее нашего Солнца. Другие объяснения этих массивных компаньонов, таких как двойные звезды, были исключены, поскольку они, кажется, не излучают ни одного света.
До недавнего времени все черные дыры, о которых знали астрономы, были открыты с помощью излучения света – обычно рентгеновского и радиоволн. Новые чёрные дыры действительно чёрные, и их можно обнаружить только по эффекту гравитации. Расстояние от звезд до черной дыры и орбиты звезд вокруг них гораздо длиннее, чем для других известных двойных систем черных дыр и звезд. Те более близкие пары звезда-черная дыра, которые называются рентгеновскими двойными системами, имеют тенденцию быть очень яркими в рентгеновском и радиосвете, и поэтому их легче найти. Но новые открытия показывают, что черные дыры в более широких двойных системах встречаются чаще.
«Что отличает эту новую группу черных дыр от тех, о которых мы уже знали, так это их обширное отделение от звезд-компаньонов. Вероятно, эти черные дыры имеют совсем иную историю формирования, чем рентгеновские двойные системы», — объясняет Карим Эль-Бадри, открыватель новых черных дыр и исследователь Гарвардско-Смитсоновского астрофизического центра в США и Института астрономии Макса Планка. в Гейдельберге, Германия.
Движение миллиардов звезд
Черные дыры были обнаружены с помощью данных Gaia. Gaia точно измеряет положение и движение миллиардов звезд. Движение звезд небом может дать важные подсказки об объектах, гравитационно влияющих на эти звезды. Эти объекты могут включать другие звезды, экзопланеты и черные дыры.
«Точность данных Gaia была важной для этого открытия. Черные дыры были найдены путем наблюдения за крошечным колебанием звезды-компаньона во время вращения вокруг нее. Ни один другой инструмент не способен на такие измерения», — говорит Тимо Прусти, научный сотрудник проекта Gaia ESA.
Gaia обеспечила точные измерения движения в трех направлениях, но чтобы точнее понять, как звезды удаляются и к нам, потребовались дополнительные измерения радиальной скорости. Наземные обсерватории предоставили их для только что найденных черных дыр, и это дало окончательную подсказку для вывода, что астрономы обнаружили черные дыры.
Невидимые черные дыры
Черные дыры часто не совсем невидимы. Когда материал падает на них, они могут излучать радио и рентгеновский свет. Для второй черной дыры Gaia рентгеновская обсерватория NASA Chandra и радиотелескоп наземный MeerKAT в Южной Африке искали этот свет, но они не смогли заметить ни одного сигнала.
«Хотя мы ничего не обнаружили, эта информация невероятно ценна, поскольку она говорит нам много об окружающей среде вокруг черной дыры. От звезды-компаньона в виде звездного ветра отходит много частиц. Но поскольку мы не видели ни одного радиосвета, это говорит нам, что черная дыра не является большим пожирателем и немногие частицы пересекают ее горизонт событий. Мы не знаем, почему это так, но мы хотим узнать!» — говорит Иветт Сендес, которая помогла открыть вторую черную дыру и астроном из Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики в США.
Новый тип черной дыры не излучает света, что делает их практически невидимыми, вероятно, из-за того, что они находятся гораздо дальше звезд-компаньонов. Gaia BH1 и Gaia BH2 имеют наибольшую удаленность орбит среди всех известных черных дыр. Тот факт, что они также являются ближайшими известными черными дырами к Земле, говорит о том, что многие другие подобные черные дыры в широких двойных системах все еще ждут своего открытия.
«Это очень увлекательно, потому что теперь это означает, что эти черные дыры на широких орбитах действительно обычны в космосе — более распространены, чем двойные системы, где черная дыра и звезда расположены ближе. Но беда их обнаружить. Хорошая новость, что Gaia все еще собирает данные, и ее следующий выпуск данных (в 2025 году) будет содержать гораздо больше этих звезд с таинственными спутниками черной дыры», – объясняет Иветт.
Следующий выпуск данных Gaia будет базироваться на 66-месячных наблюдениях и будет содержать улучшенную информацию об орбитах звезд. Между тем, астрономы будут заняты выяснением того, откуда берутся эти черные дыры на широких орбитах.
