Найдена рекордно маленькая черная дыра

Астрономы обнаружили самую маломассивную известную на данный момент черную дыру. Она тяжелее Солнца примерно в 3,3 раза и входит в двойную систему со звездой-гигантом, но из-за большого расстояния между компонентами фактически они взаимодействуют лишь гравитационно. Подобные системы должны быть распространены во Вселенной, но у ученых только появляются подходящие инструменты для обнаружения черных дыр такого типа, пишут авторы в журнале Science. 

Черные дыры формально могут обладать массой в очень большом диапазоне, но из-за того, что условия формирования таких объектов весьма специфичны, их разделяют на несколько групп. Наиболее распространены среди них черные дыры звездных масс, а также сверхмассивные черные дыры. Первые образуются в результате коллапса ядра массивной звезды в конце ее эволюции, а их масса составляют от единиц до десятков солнечных. Второй тип располагается в центрах галактик, их массы измеряются миллионами и миллиардами солнечных.

Также могут существовать черные дыры промежуточных масс, то есть в тысячи раз тяжелее Солнца. Долгое время их не могли обнаружить, но в последние годы было найдено несколько кандидатов в такие объекты. Совершенно иной механизм формирования предлагается для гипотетических первичных черных дыр, которые формировались в ранней Вселенной и могут обладать намного меньшими массами, сравнимыми с планетами или их спутниками. Однако существование таких тел пока остается неподтвержденным.

Черные дыры звездных масс изучены лучше всего. Как правило, их обнаруживают в тесных двойных системах с обычной звездой. Из-за интенсивного взаимодействия между компонентами часть вещества звезды постоянно перетекает на черную дыру. Падая в глубокий гравитационный потенциал, эта материя разогревается до миллионов кельвинов и начинает ярко светить в рентгеновском диапазоне.

Астрономам из США и Швеции под руководством Тодда Томпсона (Todd Thompson) из Университета штата Огайо в новой работе подробно описали открытие представителя нового подтипа черных дыр звездных масс. Этот объект входит в широкую двойную систему с обычной звездой-гигантом. Тела обращаются вокруг центра масс с периодом в 83 дня — на столь большом расстоянии между ними не происходит заметного обмена веществом, из-за чего черная дыра сама не проявляет активности. Обнаружить ее удалось путем наблюдения периодических сдвигов в спектральных линиях звезды-компаньона, то есть методом лучевых скоростей, который также используется для обнаружения экзопланет.

Открытие стало возможным благодаря систематическому обзору 100 тысяч звезд в рамках программы APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment — эксперимент по галактической эволюции в Обсерватории Апачи-Пойнт). Из этого каталога удалось выделить 200 наиболее интересных звезд, спектры которых проявляли заметное периодическое движение. Наиболее убедительные данные удалось получить для звезды 2MASS J05215658+4359220.

Измеренные по колебаниям спектра орбитальные параметры показали, что масса невидимого компонента примерно соответствует 3,3 солнечных, но при этом остается большая погрешность: от -0,7 до +2,8. Таким образом, астрономам удалось не только подтвердить существование новой популяции черных дыр, но и обнаружить наиболее маломассивный объект данного класса.

Авторы осторожны и не исключают, что на самом деле этот объект может оказаться нейтронной звездой, но в таком случае результаты будут еще более удивительными, так как на данный момент самая массивная известная нейтронная звезда тяжелее Солнца в 2,17 раза, и это значение считается очень близким к максимальной допустимой массе такого объекта. При превышении предельной массы гравитация преодолеет все виды сопротивления вещества и тело должно коллапсировать в черную дыру.

Вне зависимости от истинной природы тела, астрономы впервые обнаружили объект, однозначно находящийся в массовой щели между нейтронными звездами и черными дырами, на которую приходятся массы от 2,5 до 5 солнечных.

Ранее гравитационное линзирование помогло измерить вращение сверхмассивных черных дыр. Также недавно сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути пробудилась. Основным достижением в области исследований черных дыр за последнее время стало получение первого изображения тени черной дыры, о которой мы писали материале «Заглянуть за горизонт».

Тимур Кешелава