«Чандра» обнаружила рядом со сверхмассивной черной дырой уцелевшее ядро красного гиганта

Сверхмассивная черная дыра в галактике GSN 069 захватила своей гравитацией красный гигант и перетянула к себе его внешние слои, однако ядро звезды — белый карлик — осталось вращаться на орбите вокруг черной дыры. К такому выводу пришел астрофизик Эндрю Кинг, проанализировав данные рентгеновской обсерватории «Чандра». Статья опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В 2019 году рентгеновские обсерватории «Чандра» и XMM-Newton X-ray зарегистрировали мощные вспышки рентгеновского излучения от черной дыры, которая находится в центре галактики GSN 069 на расстоянии 250 миллионов световых лет от Солнечной системы. Масса этой черной дыры в 400 тысяч раз превышает массу Солнца — это нижняя граница массы для сверхмассивных черных дыр. Вспышки длились около часа и повторялись через каждые девять часов. Яркость вспышек и их короткую продолжительность трудно было объяснить простым переносом массы на черную дыру. Тогда ученые предположили, что масса перетекает на черную дыру от звезды, которая находится на эллиптической орбите и вызывает нестабильность в аккреционном диске при каждом прохождении перицентра.

Эндрю Кинг (Andrew King) из Лестерского университета рассчитал, что масса звезды, которая делает оборот вокруг черной дыры за девять часов, составляет 0,21 массы Солнца. Это белый карлик, который когда-то был ядром красного гиганта радиусом как минимум в 12 солнечных или даже больше, если предположить, что значительная часть изначальной массы белого карлика уже перетекла на черную дыру. Такая система может возникнуть при процессе полного приливного разрушения звезды — обычный сценарий при взаимодействии с черной дырой. 

Согласно расчетам Кинга, более вероятен другой сценарий — близкое прохождение звезды рядом с черной дырой. При этом сценарии черная дыра захватывает красный гигант на орбиту, на которой тот теряет массу только в перицентре — совсем так же, как сейчас это делает оставшийся от него белый карлик. Перенос массы заканчивается, как только звезда-гигант теряет свою оболочку. Однако излучение гравитационных волн заставляет белый карлик заполнить полость Роша в сравнительно короткие сроки из-за того, что его орбита сильно вытянута. 

При этом черная дыра будет постепенно поглощать звезду. Ожидается, что примерно через триллион лет масса звезды снизится до массы Юпитера.

Находить такие выжившие рядом со сверхмассивными черными дырами звезды непросто. Объекты, более массивные, чем черная дыра в центре галактики GSN 069, могут разрушать звезды до того, как они окажутся на орбите, на которой будут терять массу периодически, как это делает обнаруженный сейчас белый карлик. Поэтому искать подобные звезды надо рядом со сходными по массе объектами.

Последующие наблюдения звезды у черной дыры в галактике GSN 069 помогут понять ее состав. Если это действительно ядро красного гиганта, падающее на черную дыру, вещество должно быть богато гелием. Однако возможно, что какое-то количество водорода из оболочки красного гиганта все еще остается на поверхности звезды. Кроме того, из-за близости к черной дыре, эффекты Общей теории относительности должны влиять на прецессию орбиты звезды — она должна иметь период два дня. Достаточно длительные наблюдения могут подтвердить это предположение.

Сверхмассивные черные дыры могут не только поедать звезды, но разлучать звездные пары — в этом уличена черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь. Кроме того, такие объекты влияют на химическую эволюцию молекул в окружающей среде.

Евгения Скареднева