Черные дыры — самые экстремальные объекты во Вселенной. Считается, что сверхмассивные версии этих невообразимо плотных объектов находятся в центрах всех крупных галактик. Черные дыры звездной массы, масса которых примерно в 5-100 раз превышает массу Солнца, встречаются гораздо чаще. Фактически, только в Млечном Пути насчитывается около 100 миллионов черных дыр звездной массы. Однако на сегодняшний день подтверждено лишь несколько из них, и почти все они активны. Это означает, что они ярко светятся в рентгеновских лучах, поскольку поглощают материал ближайшего звездного компаньона, в отличие от спящих черных дыр, которые этого не делают.
Астрономы обнаружили ближайшую к Земле черную дыру, которую исследователи назвали Gaia BH1. Чтобы найти ее, они использовали телескоп Gemini North на Гавайях, один из телескопов-близнецов Международной обсерватории Джемини, которой управляет NOIRLab NSF.
Gaia BH1 — это дремлющая черная дыра, которая примерно в 10 раз массивнее Солнца и находится на расстоянии около 1600 световых лет в созвездии Змееносца. Это означает, что он в три раза ближе к Земле, чем предыдущий рекордсмен, рентгеновская двойная система в созвездии Единорога. Новое открытие стало возможным благодаря тщательным наблюдениям за движением компаньона черной дыры, похожей на Солнце звезды, которая вращается вокруг черной дыры примерно на том же расстоянии, что и Земля вокруг Солнца.
Первоначально команда определила систему как потенциально содержащую черную дыру, проанализировав данные космического аппарата Gaia. Аппарат улавливает мельчайшие неровности в движении звезды, вызванные гравитацией невидимого массивного объекта. Чтобы изучить систему более подробно, команда обратились к прибору Gemini Multi-Object Spectrograph на Gemini North, который измерил скорость звезды-компаньона, когда она вращалась вокруг черной дыры, и обеспечил точное измерение ее орбитального периода. Последующие наблюдения Gemini имели решающее значение для ограничения орбитального движения и, следовательно, масс двух компонентов в двойной системе, что позволило команде идентифицировать центральное тело как черную дыру примерно в 10 раз массивнее нашего Солнца.
Команда полагалась не только на превосходные наблюдательные возможности Gemini North, но и на способность Gemini предоставлять данные в сжатые сроки, поскольку у команды было только короткое окно для выполнения последующих наблюдений.
Нынешние астрономические модели эволюции двойных систем с трудом объясняют, как могла возникнуть своеобразная конфигурация системы Gaia BH1. В частности, звезда-прародительница, которая позже превратилась в недавно обнаруженную черную дыру, должна была быть как минимум в 20 раз массивнее нашего Солнца. Это означает, что она прожила бы всего несколько миллионов лет. Если бы обе звезды образовались одновременно, эта массивная звезда быстро превратилась бы в сверхгиганта, раздувшись и поглотив другую звезду, прежде чем она успела бы стать настоящей, сжигающей водород звездой главной последовательности, такой как наше Солнце.
Совершенно неясно, как звезда солнечной массы могла пережить этот эпизод и стать, по-видимому, нормальной звездой, на что указывают наблюдения двойной черной дыры. Все теоретические модели, допускающие выживание, предсказывают, что звезда солнечной массы должна была оказаться на гораздо более узкой орбите, чем та, что наблюдается на самом деле.
Это может указывать на наличие серьезных пробелов в нашем понимании того, как черные дыры формируются и развиваются в двойных системах, а также предполагает существование еще неисследованной популяции спящих черных дыр в двойных системах.
