25 июля 2022 года.
В области исследования черных дыр всегда происходит что-то новое и захватывающее.
Альберт Эйнштейн впервые опубликовал свою книгу, объясняющую общую теорию относительности, в которой постулировались черные дыры, в 1922 году. Сто лет спустя астрономы получили реальные изображения черной дыры в центре Млечного Пути. В недавней статье команда астрономов описывает еще одно новое захватывающее открытие: первую «спящую» черную дыру, наблюдаемую за пределами галактики.
Я астрофизик, который уже почти два десятилетия изучает черные дыры — самые плотные объекты во Вселенной. Спящие черные дыры — это черные дыры, которые не излучают никакого заметного света. Поэтому их очень трудно обнаружить. Это новое открытие очень интересно, поскольку оно позволяет понять процесс образования и эволюции черных дыр. Эта информация жизненно важна для понимания гравитационных волн, а также других астрономических явлений.
Что именно представляет собой VFTS 243?
VFTS 243 — это бинарная система, то есть она состоит из двух объектов, вращающихся вокруг общего центра масс. Первый объект — это очень горячая голубая звезда, масса которой в 25 раз превышает массу Солнца, а второй — черная дыра, в девять раз более массивная, чем Солнце. VFTS 243 находится в туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке — галактике-спутнике Млечного Пути, расположенной на расстоянии около 163 000 световых лет от Земли.
Черная дыра в VFTS 243 считается «спящей», поскольку не испускает никакого заметного излучения. Это резко отличается от других бинарных систем, в которых от черной дыры исходит сильное рентгеновское излучение.
Диаметр черной дыры составляет около 33 миль (54 километра), и она карликовее энергичной звезды, которая примерно в 200 000 раз больше. Обе они быстро вращаются вокруг общего центра масс. Даже в самые мощные телескопы визуально система кажется одной голубой точкой.
Поиск спящих черных дыр
Астрономы подозревают, что в Млечном Пути и Большом Магеллановом Облаке скрываются сотни подобных бинарных систем с черными дырами, не излучающими рентгеновские лучи. Черные дыры лучше всего видны, когда они сбрасывают материю со звезды-компаньона — этот процесс известен как «питание».
В результате питания образуется диск из газа и пыли, который окружает черную дыру. Когда вещество в диске падает внутрь по направлению к черной дыре, трение нагревает аккреционный диск до миллионов градусов. Эти горячие диски материи испускают огромное количество рентгеновских лучей. Первой черной дырой, обнаруженной подобным образом, стала знаменитая система Cygnus X-1.
Астрономы давно знали, что VFTS 243 — это бинарная система, но была ли эта система парой звезд или танцем между одной звездой и черной дырой, оставалось неясным. Чтобы определить, что из этого верно, команда, изучающая бинарную систему, использовала технику, называемую спектральным распутыванием. Эта техника разделяет свет от VFTS 243 на составляющие его длины волн, что похоже на то, что происходит, когда белый свет попадает в призму и получаются различные цвета.
Этот анализ показал, что свет от VFTS 243 исходит от одного источника, а не от двух отдельных звезд. Поскольку от звезды-компаньона не исходило никакого заметного излучения, единственным возможным выводом было то, что второе тело в бинаре является черной дырой и, таким образом, первой спящей черной дырой, обнаруженной за пределами галактики Млечный Путь.
Почему VFTS 243 важен?
Большинство черных дыр с массой менее 100 Солнц образуются в результате коллапса массивной звезды. Когда это происходит, часто происходит грандиозный взрыв, известный как сверхновая.
Тот факт, что черная дыра в системе VFTS 243 находится на круговой орбите вокруг звезды, является убедительным доказательством того, что взрыва сверхновой, который в противном случае мог бы вытолкнуть черную дыру из системы или, по крайней мере, нарушить орбиту, не было. Вместо этого, судя по всему, звезда-прародительница разрушилась напрямую, образовав черную дыру без взрыва.
Массивная звезда в системе VFTS 243 проживет еще всего 5 миллионов лет — мгновение по астрономическим меркам. Смерть звезды должна привести к образованию еще одной черной дыры, превратив систему VFTS 243 в бинарную черную дыру.
На сегодняшний день астрономы обнаружили около 100 событий, когда бинарные черные дыры сливаются и вызывают пульсации в пространстве-времени. Но как образуются эти бинарные системы черных дыр, до сих пор неизвестно, поэтому VFTS 243 и подобные ей еще не открытые системы так важны для будущих исследований. Возможно, у природы есть чувство юмора — ведь черные дыры являются самыми темными объектами в мире и не излучают никакого света, однако они освещают наше фундаментальное понимание Вселенной.
Автор — Идан Гинсбург, профессор кафедры физики и астрономии Университета штата Джорджия.
