Изучая данные, полученные с помощью миссии ESA Gaia, ученые обнаружили "спящего гиганта". Большая черная дыра с массой, почти в 33 раза превышающей массу Солнца, скрывалась в созвездии Орла, менее чем в 2000 световых лет от Земли.
Это первый случай, когда черная дыра звездного происхождения такого размера была замечена в пределах Млечного Пути. До сих пор черные дыры такого типа наблюдались только в очень далеких галактиках. Это открытие бросает вызов пониманию того, как развиваются и эволюционируют массивные звезды.
Материя в черной дыре настолько плотно сжата, что ничто не может избежать ее огромного гравитационного притяжения, даже свет. Подавляющее большинство известных черных дыр со звездной массой поглощают материю ближайшей звезды-компаньона. Захваченное вещество падает на коллапсировавший объект с большой скоростью, становится чрезвычайно горячим и испускает рентгеновское излучение. Такие системы относятся к семейству небесных объектов, называемых рентгеновскими бинарами.
Когда у черной дыры нет достаточно близкого компаньона, у которого она могла бы украсть вещество, она не излучает никакого света, и обнаружить ее крайне сложно. Такие черные дыры называют "спящими".
При подготовке к выпуску следующего каталога Gaia, Data Release 4 (DR4), внимание ученых привлекла старая гигантская звезда в созвездии Орла, находящаяся на расстоянии 1926 световых лет от Земли. Детально проанализировав колебания траектории звезды, они обнаружили большой сюрприз. Звезда была связана орбитальным движением со спящей черной дырой с исключительно большой массой, примерно в 33 раза превышающей массу Солнца.
Это третья спящая черная дыра, обнаруженная с помощью космической обсерватории Gaia, и она получила название "Gaia BH3". "Такое открытие можно сделать один раз в жизни", — говорит Паскуале Пануццо из CNRS, Парижской обсерватории, который является ведущим автором этой находки. "До сих пор черные дыры такого размера обнаруживались только в далеких галактиках коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA благодаря наблюдениям за гравитационными волнами".
Средняя масса известных черных дыр звездного происхождения в нашей галактике примерно в 10 раз превышает массу нашего Солнца. До сих пор рекорд массы принадлежал черной дыре в рентгеновской двойке в созвездии Лебедя (Cyg X-1), чья масса, по оценкам, примерно в 20 раз превышает массу Солнца.
Качество данных Gaia позволило ученым определить массу черной дыры с беспрецедентной точностью и предоставить самые прямые доказательства того, что черные дыры в этом диапазоне масс существуют. Большинство теорий предсказывает, что по мере старения массивные звезды сбрасывают значительную часть своего вещества под действием мощных ветров, и в конце концов они частично вылетают в космос, взрываясь в виде сверхновых. То, что остается от их ядра, в дальнейшем сжимается и превращается либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру, в зависимости от ее массы. Ядра, достаточно большие, чтобы превратиться в черные дыры, масса которых в 30 раз превышает массу нашего Солнца, очень трудно объяснить.
Однако ключ к разгадке этой головоломки может лежать совсем рядом с Gaia BH3.
Звезда, вращающаяся вокруг Gaia BH3 на расстоянии, примерно в 16 раз превышающем расстояние между Солнцем и Землей, довольно необычна: это древняя гигантская звезда, сформировавшаяся в первые два миллиарда лет после Большого взрыва, когда наша галактика начала формироваться. Она принадлежит к семейству галактического звездного гало и движется в направлении, противоположном звездам галактического диска. Ее траектория указывает на то, что эта звезда, вероятно, была частью небольшой галактики или шарового скопления, поглощенного нашей собственной галактикой более восьми миллиардов лет назад.
В составе звезды-компаньона очень мало элементов тяжелее водорода и гелия, что указывает на то, что массивная звезда, ставшая Gaia BH3, также могла быть очень бедна тяжелыми элементами. Это впервые подтверждает теорию о том, что черные дыры большой массы, наблюдаемые в гравитационно-волновых экспериментах, образовались в результате коллапса первобытных массивных звезд, бедных тяжелыми элементами. Эти ранние звезды могли эволюционировать иначе, чем массивные звезды, которые мы наблюдаем в нашей галактике в настоящее время.
Открытие Gaia BH3 — это только начало, и многое еще предстоит выяснить о ее загадочной природе. Коллаборация Gaia наткнулась на этого "спящего гиганта" во время проверки предварительных данных в рамках подготовки к четвертому выпуску каталога Gaia. Поскольку находка настолько необычна, они решили объявить о ней раньше официального релиза.
