Астрономы отыскали кандидата в тихую и легкую черную дыру в широкой двойной системе

Китайские астрономы отыскали кандидата в неактивную маломассивную черную дыру звездной массы в широкой двойной системе. Интерес он представляет тем, что попадает в массовый разрыв между самыми тяжелыми нейтронными звездами и легкими черными дырами. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Рентгеновские двойные системы содержат компактный объект в виде черной дыры звездных масс или нейтронной звезды, а также обычную звезду, вещество которой заполняет полость Роша и перетекает на компактный объект, создавая аккреционный диск, излучающий в рентгеновском диапазоне. Такие системы были исторически первыми, где были найдены черные дыры, и достаточно удобны для поисков компактных объектов. Наблюдения за ними показали, что существует недостаток объектов с массами от 2-3 до 5 масс Солнца, куда попадают самые тяжелые нейтронные звезды и самые легкие черные дыры, а массы черных дыр сосредоточены, в основном, в области от 5 до 25 масс Солнца. Поиски тел, попадающих в этот разрыв, важны для наложения ограничений на модели сверхновых за счет гравитационного коллапса ядра массивных звезд, а также проверки идеи о том, что компактные объекты в этой зоне рождаются за счет слияний более легких объектов. Не исключается и версия о том, что разрыв возникает за счет недостаточно большой выборки и методик наблюдений за двойными системами.

Группа астрономов во главе с Сун Ваном (Wang Song) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила об обнаружении кандидата в неактивную черную дыру звездных масс, попадающую в разрыв. Речь идет о широкой двойной системе Gaia DR3 3425577610762832384, чьи параметры были определены на основе астрометрических данных космического телескопа Gaia и спектроскопических данных наземного телескопа LAMOST.

Видимый компонент системы представляет собой красного гиганта с массой 2,7 солнечных масс, который вместе с невидимым компаньоном обращается по круговой орбите вокруг общего центра масс с периодом около 880 дней. Система находится на удалении в 5,82 тысячи световых лет от Солнца и по расчетам видима с ребра. Масса невидимого компонента составляет от 3,1 до 4,4 массы Солнца, с пиком у 3,6 массы Солнца, что вписывается в черную дыру звездной массы.

Пока что неясно, как могла сформироваться такая система. Округлость орбиты и ее большая ширина плохо вписываются в модель общей оболочки звезд на одном из этапов эволюции, не подходит и модель захвата черной дырой звезды-гиганта. Возможно изначально система была тройной звездой из гиганта и тесной пары массивных звезд, породившей черную дыру. Еще одна теория заключается в том, что невидимый объект представляет на самом деле из себя пару компактных объектов, например двойную нейтронную звезду или нейтронную звезду и белый карлик.

Ранее слияние нейтронной звезды и рекордно легкой черной дыры заметила гравитационно-волновая обсерватория LIGO.