Група міжнародних експертів, відома тим, що розвінчала кілька відкриттів чорних дір, знайшла чорну діру зоряної маси у Великій Магеллановій Хмарі — галактиці, сусідній з нашою.
«Вперше наша команда зібралася, щоб повідомити про відкриття чорної діри, а не заперечити її виявлення», — сказав керівник дослідження Томер Шенар (Tomer Shenar). Крім того, науковці з’ясували, що зоря, яка породила чорну діру, зникла без жодних ознак потужного вибуху. Відкриття зроблено завдяки шестирічним спостереженням, виконаним за допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO).
«Ми виявили “голку в копиці сіна”, — заявив Шенар, який розпочав дослідження в Левенському університеті (KU Leuven) в Бельгії [1], а нині є стипендіатом Марії-Кюрі в Амстердамському університеті в Нідерландах. Хоча були запропоновані інші схожі кандидати на чорну діру, група стверджує, що це перша «спляча» чорна діра зоряної маси, яку однозначно виявлено за межами нашої галактики.
Чорні діри зоряної маси утворюються, коли масивні зорі досягають кінця свого життя і руйнуються під дією власної гравітації. У подвійній системі, що складається з двох зір, які обертаються одна навколо одної, цей процес приводить до появи чорної діри на орбіті яскравої зорі-компаньйона. Чорна діра є «сплячою», якщо вона не спричиняє сильного рентгенівського випромінювання з своїх околиць. За цією ознакою такі чорні діри зазвичай і виявляють астрономи. «Це неймовірно, але ми майже не знаємо про будь-які сплячі чорні діри, зважаючи, якими поширеними вважають їх астрономи», — пояснив співавтор дослідження Пабло Маршан (Pablo Marchant) з KU Leuven. Нещодавно знайдена чорна діра щонайменше в дев’ять разів перевищує масу Сонця та обертається навколо гарячої блакитної зорі. Її маса у 25 разів більша, ніж у Сонця.
Сплячі чорні діри особливо важко помітити, бо вони мало взаємодіють з навколишнім середовищем. «Вже більше двох років ми шукаємо такі подвійні системи з чорною дірою», — сказала співавтор дослідження Джулія Боденштайнер (Julia Bodensteiner), науковий співробітник ESO в Німеччині. «Я була дуже схвильована, коли почула про VFTS 243, яка, на мій погляд, є найпереконливішим кандидатом на сьогодні». [2]
Щоб знайти VFTS 243, учасники колаборації обшукали майже 1000 масивних зір у регіоні Туманності Тарантул Великої Магелланової Хмари. Дослідники шукали ті, які могли б мати чорні діри як супутники. Ідентифікувати таких компаньйонів надзвичайно важко, бо існує багато альтернативних варіантів пояснення природи цих об’єктів.
Ділянка навколо туманності Тарантул у Великій Магеллановій Хмарі.
Туманність Тарантул, що лежить на відстані приблизно 160 000 світлових років від нас, є найразючішою частиною Великої Магелланової Хмари, галактики-супутника нашого Молочного Шляху. Це зображення, отримане за допомогою Оглядового телескопа VLT в обсерваторії Паранал в Чилі, дуже докладно показує регіон і його багате оточення. Цей космічний ландшафт створюють зоряні скупчення, сяючі газові хмари і розрізнені залишки від вибухів наднових. Фото з сайту www.eso.org.
«Як дослідник, який останніми роками розвінчував потенційні чорні діри, я дуже скептично поставився до цього відкриття», — зазначив Шенар. Скептицизм розділив співавтор дослідження Карім Ель-Бадрі (Kareem El-Badry) з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики в США, якого Шенар називає «руйнівником чорних дір». «Коли Томер попросив мене ще раз перевірити його висновки, у мене виникли сумніви. Але я не міг знайти правдоподібного пояснення даним, які б вказували на іншу природу об’єкта, крім як на чорну діру», — пояснив Ель-Бадрі.
Відкриття також дало змогу команді отримати унікальний погляд на процеси, які супроводжують утворення чорних дір. Астрономи вважають, що чорна діра зоряної маси утворюється, коли ядро масивної зорі на кінцевому етапі її існування руйнується, але досі є невизначеність — чи супроводжується це потужним вибухом наднової.
«Зоря, яка утворила чорну діру в системі VFTS 243, здається, повністю зруйнувалася без ознак попереднього вибуху», — зазначив Шенар. «Нещодавно з’явилися докази цього сценарію “прямого колапсу”, але наше дослідження, мабуть, дає одну з найбільш прямих ознак. Це має величезні наслідки для з’ясування питання походження злиття чорних дір у космосі».
Чорну діру в VFTS 243 знайшли післяшестирічних спостережень туманності Тарантул за допомогою приймача Fiber Large Array MultiElement Spectrograph (FLAMES), встановленого на VLTESO [3].
Композитне інфрачервоне та радіозображення туманності Тарантул (30 Doradus).
Це складене з окремих знімків зображення показує ділянку зореутворення 30 Doradus (30 Золотої Риби), також відому як туманність Тарантул. Зображення тла, зроблене в інфрачервоному діапазоні, саме по собі є складеним: його отримали за допомогою приймача HAWK-I на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії та на телескопі VISTA (Visible and Infrared Survey for Astronomy, VISTA). На ньому видно яскраві зорі та хмари гарячого газу (рожевий колір). Яскраві червоно-жовті смуги, накладені на зображення, — це дані радіоспостережень, отриманих за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA). Вони показують ділянки холодного щільного газу, який може скупчуватися й утворювати зорі. Унікальна павутиноподібна структура газових хмар спонукала астрономів дати туманності відповідну назву. Фото з сайту www.eso.org.
Незважаючи на назву «поліція чорних дір» («black hole police»), група активно заохочує до досліджень та сподівається, що результати їхньої роботи, оприлюднені в Nature Astronomy, дозволять виявити інші чорні діри зоряної маси, які обертаються навколо масивних зір. Тисячі таких об’єктів, за прогнозами, існують у Молочному Шляху і в Магелланових Хмарах.
«Звісно, я очікую, що інші науковці з цієї галузі астрономії ретельно перевірять наш аналіз і спробують створити альтернативні моделі», — підсумував Ель-Бадрі. «Це дуже захопливий проєкт, у якому треба брати участь».
Примітки
[1] Роботою керував Гьюґ Сана (Hugues Sana) з Інституту астрономії KU Leuven.
[2] Результати окремого дослідження, яке очолював Лоран Мехі (Laurent Mahy), за участю багатьох членів тієї ж групи і прийняті до публікації в Astronomy & Astrophysics, вказують на іншу багатообіцяючу чорну діру зоряної маси в системі HD 130298 у нашій галактиці Молочний Шлях.
[3] Спостережні дані, використані в дослідженні, охоплюють приблизно шість років. До них належатьдані з огляду туманності Тарантул за допомогою приймача FLAMES (VLT FLAMES Tarantula Survey). Цей огляд було виконано у 2008 і 2009 роках під керівництвом Кріса Еванса (Chris Evans) з Центру астрономічних технологій Великобританії, STFC, Королівська обсерваторія в Единбурзі (нині він працює в Європейському космічному агентстві). Також це додаткові дані з програми Tarantula Massive Binary Monitoring (керівник Hugues Sana, KU Leuven), отримані протягом 2012 — 2014 років.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
