Черные дыры — самые экстремальные объекты во Вселенной. Сверхмассивные версии этих невообразимо плотных объектов, вероятно, находятся в центрах всех крупных галактик. Черные дыры звездной массы, масса которых примерно в 5-100 раз превышает массу Солнца, встречаются гораздо чаще: только в Млечном Пути их насчитывается около 100 миллионов. Однако на сегодняшний день подтверждено лишь несколько из них, и почти все они являются активными, что означает, что они ярко светятся в рентгеновских лучах, поскольку поглощают материал ближайшего звездного компаньона, в отличие от спящих черных дыр, которые этого не делают.
Хотя, вероятно, в Галактике Млечный Путь бродят миллионы черных дыр звездной массы, те немногие, которые были обнаружены, были обнаружены благодаря их энергетическим взаимодействиям со звездой-компаньоном. По мере того, как материал от ближайшей звезды движется по спирали к черной дыре, он перегревается и генерирует мощные рентгеновские лучи и струи материала. Если черная дыра не питается активно (т.е. бездействует), она просто сливается с окружающей средой.
Астрономы уже долгое время пытаются обнаружить черные дыры, используя широкий спектр наборов данных и методов. Все предыдущие попытки помогли открыть множество бинарных систем, маскирующихся под черные дыры. Но недавно эти попытки увенчались успехом. С помощью Международной обсерватории Gemini и предварительных данных аппарата Gaia астрономы обнаружили спящую черную дыру, при том очень близкую к солнечной системе.
Это первое однозначное обнаружение дремлющей черной дыры звездной массы в Млечном Пути. Ее непосредственная близость к Земле, всего в 1600 световых годах от нас, предлагает интригующую цель для изучения, чтобы углубить наше понимание эволюции двойных систем.
Исследователи назвали черную дыру Gaia BH1. Спящая черная дыра весит примерно в 10 раз больше массы Солнца и расположена примерно в 1600 световых годах от нас в созвездии Змееносца, что делает ее в три раза ближе к Земле, чем предыдущий рекордсмен, рентгеновская двойная система в созвездии Единорога.
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 корабля Gaia ESA. Gaia запечатлела мельчайшие неровности в движении звезды, вызванные гравитацией невидимого массивного объекта. Чтобы изучить систему более подробно, команда провела 39 наблюдений в течение четырех месяцев с помощью шести разных телескопов по всему миру.
Одним из таких телескопов, к которому обратилась команда, был инструмент Gemini Multi-Object Spectrograph на Gemini North, телескоп на Гавайях, которым управляет NOIRLab NSF. Последующие наблюдения Gemini помогли ограничить орбитальное движение и, следовательно, массы двух компонентов в двойной системе, что позволило команде идентифицировать центральное тело как черную дыру примерно в 10 раз массивнее нашего Солнца. Данные этих наблюдений привлекли внимание к системе и исключили все модели, не связанные с черной дырой.
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. 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 понимании учеными того, как черные дыры формируются и развиваются в двойных системах, а также предполагает существование еще неисследованной популяции спящих черных дыр в двойных системах.
