Используя данные миссии “Гайя”, астрономы обнаружили близлежащую двойную систему, состоящую из гигантской звезды, вращающейся вокруг спящей чёрной дыры звёздной массы. Предполагаемая масса чёрной дыры (33 массы Солнца) существенно превышает массу всех известных чёрных дыр звёздной массы в Млечном Пути. Масса находится в диапазоне масс внегалактических чёрных дыр, обнаруженных благодаря гравитационным волнам.
Рассматриваемая двойная система, получившая обозначение Gaia BH3, находится на расстоянии 1926 световых лет от Земли в созвездии Орла. Также известная как Gaia DR3 4318465066420528000, LS II +14 13 и 2MASS J19391872+1455542, она состоит из старой, очень бедной металлами гигантской звезды и спящей чёрной дыры звёздной массы.
Gaia BH3 – третья спящая чёрная дыра, обнаруженная спутником Европейского космического агентства “Гайя”, картографирующим звёзды.
“Такое открытие вы делаете один раз в своей исследовательской жизни”, – сказал доктор Паскуале Пануццо, астроном CNRS и Парижской обсерватории.
До сих пор такие большие чёрные дыры были обнаружены только в далёких галактиках коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA благодаря наблюдениям гравитационных волн. Средняя масса известных чёрных дыр звёздной массы в нашей галактике составляет около 10 солнечных масс.
Астрономы сталкиваются с актуальным вопросом объяснения происхождения чёрных дыр размером с Gaia BH3. Наше нынешнее понимание того, как массивные звёзды развиваются и умирают, не сразу объясняет, как появились эти типы чёрных дыр.
Большинство теорий предсказывают, что с возрастом массивные звёзды теряют значительную часть своего материала из-за сильных ветров; в конечном счёте, они частично улетают в космос, когда взрываются как сверхновые.
То, что осталось от их ядра, в дальнейшем сжимается и становится либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой, в зависимости от её массы. Ядра, достаточно большие, чтобы превратиться в чёрные дыры массой 30 солнечных. Тем не менее, разгадка этой загадки может лежать очень близко.
Звезда, вращающаяся вокруг Gaia BH3 на расстоянии, примерно в 16 раз превышающем расстояние между Солнцем и Землей, довольно необычна: древняя гигантская звезда, образовавшаяся в первые два миллиарда лет после Большого взрыва, в то время, когда наша галактика только начала эволюционировать.
Удивительная чёрная дыра звёздной массы
Она принадлежит к семейству галактических звёздных гало и движется в направлении, противоположном звёздам галактического диска. Её траектория указывает на то, что эта звезда, вероятно, была частью небольшой галактики или шарового скопления, поглощённого Млечным Путём более 8 миллиардов лет назад.
Звезда-компаньон содержит очень мало элементов тяжелее водорода и гелия, что указывает на то, что массивная звезда, которая превратилась в Gaia BH3, также могла быть очень бедной тяжёлыми элементами.
Это впервые подтверждает теорию о том, что чёрные дыры большой массы, наблюдаемые в экспериментах с гравитационными волнами, возникли в результате коллапса первобытных массивных звёзд, бедных тяжёлыми элементами.
Эти ранние звёзды могли развиваться иначе, чем массивные звёзды, которые мы сейчас видим в нашей галактике. Состав звезды-компаньона также может пролить свет на механизм формирования этой удивительной двойной системы.
“Что меня поражает, так это то, что химический состав компаньона похож на тот, который мы находим у старых бедных металлами звёзд в галактике”, – сказала доктор Элизабетта Каффау, астроном CNRS и Парижской обсерватории.
Нет никаких доказательств того, что эта звезда была загрязнена материалом, выброшенным в результате взрыва сверхновой массивной звезды, которая стала BH3.
Это может свидетельствовать о том, что чёрная дыра приобрела своего компаньона только после своего рождения, захватив его из другой системы.