Телескоп Gaia отыскал кандидата в спящую черную дыру в рекордно широкой двойной системе

Космический телескоп Gaia помог астрономам обнаружить второго кандидата в неактивную черную дыру звездной массы, входящую в двойную систему. Это вторая по близости черная дыра к Земле, которая находится в рекордно широкой двойной системе подобного типа. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org

Обновлено: 30 марта 2023 года статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Считается, что Млечный Путь содержит много черных дыр звездной массы, возникающих в финале жизни массивных звезд, по теоретическим оценкам их может быть не менее 10 миллионов. Однако наблюдалась лишь крошечная часть этой популяции черных дыр, в основном, в составе двойных систем, которые являются яркими источниками рентгеновского излучения. Неактивные черные дыры, входящие в состав широких двойных систем, искать гораздо сложнее, так как они влияют на звезду-компаньона лишь гравитационно.

Группа во главе с Каримом Эль-Бадри (Kareem El-Badry) из Смитсоновской астрофизической обсерватории сообщила о регистрации нового кандидата в неактивную черную дыру звездной массы Gaia BH2, который стал вторым по счету для космического телескопа Gaia.

Ученые провели анализ астрометрических данных каталога Gaia DR3, обнаружив любопытную звезду Gaia DR3 5870569352746779008, а затем проанализировали данные наблюдений за ней радиотелескопа MeerKAT, рентгеновского телескопа «Чандра», а также спектрографов FEROS и UVES телескопов Европейской Южной обсерватории.

Основная звезда Gaia BH2 представляет собой яркую, но холодную (эффективная температура 4600 кельвинов) звезду в нижней части ветви красных гигантов, с массой 1,07 массы Солнца, радиусом 8,7 радиуса Солнца, умеренно субсолнечной металличностью и обилием α-элементов. Система находится в созвездии Центавра, недалеко от плоскости галактики, на расстоянии 3783 световых лет от Солнца.

Невидимый компаньон красного гиганта обладает динамической массой 8,9 массы Солнца, не является одной или несколькими звездами главной последовательности, также не подходят модели нейтронной звезды или белого карлика, или любой комбинации белых карликов, нейтронных звезд и тусклых звезд. Самое простое объяснение — одиночная черная дыра звездной массы, хотя возможен вариант, что это неразрешенная двойная система, содержащая, по крайней мере, одну черную дыру.

Звезда и черная дыра совершают один оборот по орбите за 1277 дней, что в 7 раз больше, чем в случае любой известной двойной системы с черной дырой. Орбита характеризуется умеренной вытянутостью (e = 0,52) и наклонением 35 градусов. При этом черная дыра не проявляет активности в рентгеновском и радиодиапазонах, что соответствует малому темпу аккреции вещества на черную дыру.

Предполагается, что прародитель черной дыры обладал достаточно большой массой (20-65 масс Солнца), чтобы потерять свою внешнюю оболочку во время нахождения на главной последовательности, минуя фазу красного сверхгиганта. Возможно также, что система формировалась динамически путем обменного взаимодействия в плотном звездном скоплении или путем эволюции тройной системы.

Ранее астрономы подтвердили открытие телескопом Gaia его второй транзитной экзопланеты.