Черная дыра в микроквазаре V404 Лебедя получила небольшой толчок при рождении

Астрономы случайно обнаружили, что микроквазар V404 Лебедя, содержащий черную дыру звездной массы, является иерархически тройной системой. Это говорит о том, что черная дыра в системе могла возникнуть за счет практически полного гравитационного схлопывания массивной звезды в черную дыру с малой потерей массы и небольшой скоростью, приобретаемой при рождении. Статья опубликована в журнале Nature.

Идея «толчка при рождении» призвана объяснить наблюдаемые большие скорости движения в пространстве у многих нейтронных звезд. Она заключается в том, что взрыв сверхновой за счет гравитационного коллапса ядра оказывается асимметричным за счет излучения нейтрино или сброса массы звездой. Последнее, в свою очередь, может быть связано с гидродинамическими нестабильностями. В результате возникающий при коллапсе компактный объект может приобрести заметную скорость при рождении за счет подобного толчка. Возможны также ситуации набора скорости за счет магниторотационного механизма или разрушения двойной системы при гибели звезды. В случае рождения черных дыр звездной массы приобретаемая за счет толчка скорость и масса выбрасываемого при гибели звезды вещества считаются весьма небольшими. Такие эволюционные сценарии менее изучены, для их проверок используются массивные рентгеновские двойные системы с активными черными дырами и широкие двойные системы с неактивными черными дырами.

Группа астрономов во главе с Кевином Берджем (Kevin Burdge) из Массачусетского технологического института сообщила, что микроквазар V404 Лебедя является не двойной, а иерархически тройной системой. Открытие было сделано в ходе анализа астрометрических данных космического телескопа Gaia и данных фотометрических и спектроскопических наблюдений космического телескопа «Хаббл», обзора неба Aladin Lite и наземных телескопов VLT, Кека, Pan-STARRS и «Джемини».

V404 Лебедя представляет собой один из самых известных микроквазаров, которые содержат черные дыры звездных масс. Они окружены аккреционным диском, из которого поглощают вещество. Система находится на расстоянии 7,79 тысячи световых лет от Солнца в созвездии Лебедя и считалась двойной, содержащей оранжевый карлик и черную дыру массой около девяти масс Солнца. Всплески активности черной дыры проявляются как вспышки рентгеновского и гамма-излучения, которые не раз наблюдались (последний раз в 2015 году).

Ученые обнаружили, что неподалеку от системы есть звезда, чье собственное движение коррелирует с V404 Лебедя, и установили, что случайно такая картина вряд ли могла возникнуть. Итоговая модель системы представляет собой двойную систему с черной дырой, вокруг которой, на расстоянии не менее 3,5 тысячи астрономических единиц находится звезда массой 1,2 солнечной. Это расстояние примерно в девяносто раз больше, чем расстояние от Солнца до Плутона, и в 25 тысяч раз больше, чем расстояние между компонентами внутренней двойной системы. Возраст всей системы оценивается в 3–5 миллиардов лет.

Анализ эволюционных моделей формирования подобной системы привел ученых к выводу, что сценарий эволюции со значительным толчком при формировании черной дыры и сохранением при этом слабо связанного гравитационно третичного компонента маловероятен. Правдоподобнее выглядит идея, что изначально третичная звезда находилась на широкой орбите, а одна из звезд в тесной двойной системе практически полностью сколлапсировала в черную дыру с незначительным (не более половины массы звезды-прародителя или не более одной массы Солнца) выбросом массы и небольшой (менее пяти километров в секунду) скоростью, приобретаемой за счет толчка.

Альтернативная идея говорит о том, что звезда-компаньон черной дыры в двойной системе изначально была на более широкой орбите и переместилась ближе в результате резонанса Лидова — Козаи. По оценкам ученых, за время эволюции двойной системы черная дыра сорвала около 0,5-0,7 массы звезды-компаньона.

Исследователи также считают маловероятным, что система родилась в плотной среде, такой как шаровое скопление или центральная зона Млечного Пути, а затем была выброшена, или же что третичный компонент был захвачен извне. Однако допускают, что третичный компонент мог постепенно расширить свою орбиту за долгое время.

Ранее ученые смогли отследить место рождения джета вблизи черной дыры в V404 Лебедя.