Астрономам удалось выявить первую систему, в которой чёрная дыра сосуществует с тройным набором объектов. Эта чёрная дыра взаимодействует со звездой-спутником, а вдали от них оборачивается ещё одна звезда. Открытая система получила название V404 Cygni и располагается в границах нашей галактики, отстоящей от Земли примерно на 8000 световых лет.
Обнаружение этой системы может свидетельствовать о более щадящем процессе формирования чёрной дыры, известном как «прямой коллапс». Согласно этой гипотезе, если бы происхождение чёрной дыры было связано с бурным событием, такое как взрыв, звезда, находящаяся вдали, была бы выведена из системы.
Хотя учёные предполагают, что большинство чёрных дыр возникают в результате колоссальных звёздных взрывов, это открытие ставит под вопрос такую точку зрения.
«Эта система представляет объективный интерес для изучения эволюционных сценариев чёрных дыр и вызывает вопросы о существовании аналогичных тройных систем. Захватывает, что звезда сохраняет связь с системой, что указывает на слабоватый энергетический импульс, нанесённый ей», — утверждает Кевин Бердж из Массачусетского технологического института (MIT).
Исследователи установили, что звезда-компаньон, вращающаяся вокруг этой чёрной дыры, завершает оборот за 6,5 земных суток, в то время как третья звезда обращается так далеко, что один цикл занятия занимает около 70 000 земных лет.
«Удачное стечение обстоятельств привело к этому открытию, — прокомментировал Бердж. — Я просто изучал изображение V404 Cygni и заметил, что эта чёрная дыра может быть частью тройной системы. Похоже, что она возникла без «натального импульса».»
Известно, что сверхновые сопровождают кончину массивных звёзд, когда в их ядре заканчивается топливо, и они не выдерживают собственной гравитации. Еще с времён, когда общая теория относительности Эйнштейна открыла путь к обнаружению чёрных дыр и нейтронных звёзд, эти взрывы связывались с процессами их формирования.
Энергия этих событий столь велика, что они могут блестеть ярче, чем вся светимость галактики, в которой происходят. Импульсы, передаваемые вращающимся звёздам, придают им значительный толчок. Преднатальные импульсы — это механический толчок, полученный чёрной дырой при её рождении. Например, асимметричный выброс материи при сверхновой приводит к движению чёрной дыры в противоположном направлении для сохранения импульса. Оценить эти преднатальные толчки затруднительно из-за малочисленности известных чёрных дыр в Млечном Пути, и возможности их измерения часто ограничиваются случаями с тройными системами.»
Кевин Бердж
Соседняя звезда, тесно гравитационно сплетённая с новой чёрной дырой, может выдержать энергию, излучаемую сверхновой, и оставаться в пределах системы. Однако действие гравитации ослабевает с удалением, поэтому звезды, не удерживаемые чёрной дырой, должны быть выброшены и стать «звёздами-изгоями».
«Представьте себе, что вы пытаетесь тянуть воздушного змея на нити из паутины. Если приложите избыточную силу, нить оторвётся и змей улетит. Гравитация аналогична тончайшей нити, и если её раскачивать неосторожно, выводная звезда исчезнет», — объяснил Бердж.
Прежде чем ответить на вопрос, почему внешняя звезда не была исключена из этой тройной системы, группа должна была удостовериться в том, что она действительно обращается вокруг двойной системы V404 Cygni. Они подтвердили это, анализируя данные, собранные за десятилетие с помощью космического телескопа Gaia, который следит за перемещением миллиардов звёзд в Млечном Пути.
Команда установила, что движение звёзд синхронизировано, что вероятность случайного совпадения составляет лишь один случай на 10 миллионов. Они также рассчитали, что внешняя звезда расположена в 3500 раз дальше от центральной чёрной дыры, чем Земля от Солнца.
Заметность двух звёзд на столь удалённом расстоянии свидетельствует о крайнем пространственном разделении. Это, почти наверняка, не может быть случайностью, поскольку обе звезды движутся в тандеме под воздействием слабой нити гравитации, что подтверждает их тройственную природу.
Кевин Бердж
Для выяснения причин, по которым внешняя звезда стабильно остаётся в системе, Бердж провёл иследовательские симуляции, оценивая, как такая структура могла приобрести своё нынешнее положение, сохраняя внешнее солнце.
Каждый симуляционный набор стартовал с трёх звёзд, одна из которых впоследствии трансформировалась в чёрную дыру. После взрыва сверхновой, которую моделировали много раз, изменяя энергию и направление выброса, немногие сценарии приводили к сохранению тройной системы.
Преимущественно только те симуляции, которые предусматривали прямой коллапс без воздействия сверхновой, отражали наблюдения учёных о белом карлике. Это открытие, что внешняя звезда принадлежит системе V404 Cygni, помогло учёным определить возраст тройной системы. Они обнаружили, что внешняя звезда преображается в красного гиганта, после выхода из основной стадии, увеличиваясь в сто раз по сравнению с первоначальным размером.
Команда оценила, что внешней звезде около 4 миллиардов лет, таким образом, всей системе примерно столько же. Это впервые учёные смогли с такой точностью определять возраст чёрных дыр.
«Ранее у нас не было возможностей подобной датировки для старых черных дыр. Теперь, благодаря V404 Cygni, мы можем предсказать её возможное происхождение через прямой коллапс и датировать формирование около 4 миллиардов лет назад», — поделился Бердж.
Вопросов по поводу специфики этой системы у учёных остаётся много, наряду с поиском других тройных систем с чёрными дырами.
«Одним из ключевых вопросов остаётся, каковы характеристики орбиты внешнего спутника — круговая ли она, или эксцентричная? Мы намерены выяснить это, воспользовавшись инструментом GRAVITY на Европейском очень большом телескопе (VLT). В настоящий момент V404 Cygni является единственной известной системой с прилежащими тремя объектами, но у нас идёт активный поиск новых подобных явлений», — резюмировал Бердж.
Источник: iXBT
