Астрономи виявили наймасивнішу чорну діру зоряного походження серед тих, які досі знаходили в галактиці Молочний Шлях. Її помітили завдяки даним місії Gaia («Ґаяй») Європейського космічного агентства, бо вона змушує зорю-компаньйон, що обертається навколо неї, дивно «коливатися». Науковці використали дані спостережень Дуже великого телескопа (Very Large Telescope) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO) та інших наземних обсерваторій для перевірки маси чорної діри, яка в 33 рази перевищує масу Сонця.
Чорні діри зоряного походження (інакше: чорні діри зоряної маси — Ред.) утворюються внаслідок колапсу масивних зір. Ті з них, що виявлені в Молочному Шляху раніше, в середньому приблизно в 10 разів масивніші, ніж Сонце. Навіть друга за масою чорна діра зоряного походження в нашій галактиці, Лебідь X-1, досягає лише 21 сонячних мас, що робить новий об’єкт в 33 сонячні маси винятковим [1].
На цьому малюнку порівняно три чорні діри зоряного походження в нашій галактиці: Gaia BH1, Cygnus X-1 і Gaia BH3, маси яких у 10, 21 і 33 рази відповідно більші, ніж маса Сонця. Gaia BH3 є наймасивнішою чорною дірою зоряного походження, виявленою дотепер в Молочному Шляху. Радіуси чорних дір прямо пропорційні їхнім масам, але зауважте, що самі чорні діри астрономи не спостерігали прямо. Авторські права на зображення: ESO/M. Kornmesser (М. Корнмессер). Фото з сайту www.eso.org.
Примітно, що ця чорна діра також лежить надзвичайно близько до нас — всього за 2000 світлових років від Землі в напрямку сузір’я Орла, це друга найближча до Землі чорна діра. Її знайшли, коли наукова група переглядала результати спостережень «Ґайя» під час підготовки до майбутнього випуску даних. Об’єкт назвали Gaia BH3 або скорочено BH3. «Ніхто не очікував знайти досі не виявлену чорну діру великої маси, що ховається неподалік», — сказав учасник колаборації Gaia Паскуале Пануццо (Pasquale Panuzzo), астроном з Паризької обсерваторії, що є частиною Національного центру наукових досліджень Франції (National Centre for Scientific Research, CNRS). «Таке відкриття ви робите один раз у своїй науковій кар’єрі».
На цьому ширококутному зображенні показано ділянку неба навколо Gaia BH3, наймасивнішої чорної діри зоряного походження в нашій галактиці. Саму чорну діру тут не видно, але зорю, яка обертається навколо неї, можна побачити прямо в центрі зображення, створеного з фотографій Цифрового огляду неба 2. Авторські права на зображення: ESO/Digitized Sky Survey 2. Подяка: Д. Де Мартін (D. De Martin). Фото з сайту www.eso.org.
Щоб підтвердити відкриття, колаборація Gaia використала дані з наземних обсерваторій, зокрема отримані за допомогою приймача Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) на VLT ESO в Чилі [2]. Ці спостереження дали змогу виявити головні властивості зорі-компаньйона, які разом із даними від Gaia допомогли астрономам точно виміряти масу BH3.
Раніше астрономи знаходили такі ж масивні чорні діри за межами нашої галактики (використовуючи інший метод виявлення) і висунули теорію, що такі об’єкти можуть утворитися внаслідок колапсу зір, у хімічному складі яких дуже мало елементів, важчих за водень і гелій. Науковці вважають, що ці так звані бідні на метали зорі втрачають менше маси протягом свого життя, і, отже, у них залишається після їх смерті більше речовини для утворення чорних дір великої маси. Але доказів прямого зв’язку між зорями, бідними металами, і чорними дірами великої маси досі не було.
Зорі у подвійних системах, зазвичай, мають схожий склад, а це означає, що компаньйон BH3 має важливі підказки про зірку, яка зруйнувалася, утворивши цю виняткову чорну діру. Дані UVES показали, що компаньйон є зорею з дуже низьким вмістом металів. А це свідчить, що зоря, яка колапсувала й утворила BH3, також була бідною на метали — як раніше і передбачали астрономи.
Результати дослідження, виконаного під керівництвом Пануццо, опубліковано в Astronomy & Astrophysics. «Ми зробили винятковий крок, опублікувавши цю статтю на основі попередніх даних, тобто до того, як буде оприлюднено новий випуск даних від Gaia, через унікальний характер відкриття», — сказала співавтор дослідження Елізабетта Каффо (Elisabetta Caffau з CNRS Observatoire de Paris. Попереднє надання даних дасть змогу іншим астрономам почати вивчати цю чорну діру прямо зараз, не чекаючи оприлюднення повних даних, запланованого не раніше кінця 2025 року.
Подальші спостереження за цією системою можуть розкрити більше інформації про її історію та про саму чорну діру. Інструмент GRAVITY на інтерферометрі ESO VLT, наприклад, може допомогти астрономам з’ясувати, чи захоплює чорна діра речовину з навколишнього середовища, і краще зрозуміти цей захопливий об’єкт.
Примітки
[1] Це не наймасивніша чорна діра в нашій галактиці — першість належить Стрільцю A*, надмасивній чорній дірі в центрі Молочного Шляху, яка приблизно в чотири мільйони разів перевищує масу Сонця. Але Gaia BH3 є наймасивнішою чорною дірою в Молочному Шляху, яка утворилася внаслідок колапсу зорі.
[2] Крім даних від UVES на VLT ESO, у дослідженні використано дані, отримані за допомогою спектрографа HERMES на телескопі Меркатор (Mercator Telescope), який працює в обсерваторії Роке де лос Мучачос (о. Ла-Пальма, Іспанія) та високоточного спектрографа SOPHIE в обсерваторії Верхнього Провансу (Observatoire de Haute-Provence — OSU Institut Pythéas).
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
