Астрономи виявили найближчу до нас чорну діру – систему з нею можна побачити на власні очі

Чорні діри дійсно є чорними, але вони не обов’язково невидимі. Вони бувають найрізноманітніших розмірів, від мікроскопічних до надмасивних, з однією ключовою спільною рисою: границею, відомою як горизонт подій, за межі якої не може вийти навіть світло.

Проте, чорні діри поруч з такими об’єктами, як зірки, можуть ставати видимими, коли вони висмоктують матерію зі своїх сусідок, змушуючи їх яскраво світитися і закручуватися навколо себе, поки вони остаточно не зникнуть. Ті з чорних дір, які позбавлені такого сусідства, виявити набагато складніше – лише найпотужніші видають себе гравітаційним впливом на інші прилеглі об’єкти.

У статті, опублікованій в журналі Astronomy & Astrophysics, дослідники говорять, що вони провели саме таке спостереження – відкрили об’єкт, який може бути найближчою до нас відомою чорною дірою. Їх дослідження HR 6819, до цього моменту непримітної зоряної системи, яка ледь помітна неозброєним оком у південному сузір’ї Телескоп, показало, що одна з  двох її відомих зірок обертається навколо невидимого об’єкта з періодом у 40 днів.

Більш пильне вивчення, за словами вчених, показує, що цей невидимий об’єкт являє собою чорну діру з масою, що приблизно в 4.2 рази перевищує масу нашого Сонця. З урахуванням того, що відстань до HR 6819 становить досить скромні за космічними мірками тисячу світлових років, зірка порівнянної маси в цій зоряній системі, ймовірно, була б досить яскравою, щоб її легко можна було побачити в телескоп, кажуть дослідники. Таким чином, найбільш імовірним поясненням є чорна діра.

Велика синя крапка в центрі – це і є система HR 6819. Вона має зоряну величину 5.33, отже її важко побачити неозброєним оком. Для тих, хто хоче спробувати її побачити – її екваторіальні координати 18h 17m 07.5s, схиляння: -56 ° 01 ’24’ ‘(пряме сходження). Галактичні координати – довгота 338.39 °, широта -17.69 °.

«Спочатку ми думали, що [HR 6819] є бінарною [системою]», – каже Томас Рівініус з Європейської південної обсерваторії (ESO), який є провідним автором дослідження. «Але коли ми придивилися уважніше, ми побачили, що там не два, а фактично три [об’єкта]».

Астрономи використовували 2.2-метровий телескоп Ла-Сілла в обсерваторії ESO у Чилі, щоб зробити це відкриття. Але це виявлення не було недавнім: спостереження, що дозволили зробити це відкриття, фактично проводились протягом декількох місяців в 2004 році. Однак в минулому році з’явилося повідомлення про можливу чорну діру в аналогічній системі під назвою LB-1, що викликало деякі суперечки – це і спонукало Рівініуса і його команду переглянути свої архівні дані. «Все виглядало точно так само», – говорить він. «І я подумав – почекайте-но секунду, в моєму ящику з невикористаними даними є щось схоже на [LB-1]».

Команда Рівініуса вважає, що чорна діра в системі HR 6819 – це результат вибуху наднової десятки мільйонів років тому, виходячи з передбачуваного віку двох, зірок системи, що залишилися. І досі її не помічали через те, що її орбітальне відділення від зірок-компаньйонів було достатнім для того, щоб заважати їй займатися канібалізмом.

Навпаки, інші відомі чорні діри у подвійних системах є супутниками зірок, якими вони і бенкетують, тим самим оточуючи себе сяючими дисками матерії, що випускає рясне рентгенівське випромінювання. Однак такі системи все ще є великою рідкістю: астрономи виявили тільки кілька десятків цих «рентгенівських подвійних» серед сотень мільярдів зірок в нашій галактиці.

І якщо система HR 6819 дійсно містить чорну діру, це дозволяє дізнатися про деякі цікаві деталі. По-перше, наднові, як очікується, дають будь-яким найближчим зіркам гравітаційний «поштовх», потенційно порушуючи їхні орбіти і відправляючи їх у міжзоряний простір. «Той факт, що ця потрійна система все ще існує, говорить нам, що не було сильного поштовху, якщо він взагалі був», – каже Рівініус. «Отже, мабуть, ми дізналися дещо нове про наднові – те, що чорні діри можуть утворюватися без поштовхів».

Ще одним наслідком є ​​той факт, що такі спокійні чорні діри можуть зустрічатися набагато частіше, ніж передбачалося раніше. Можливо, що LB-1 є ще одним прикладом цього досі невідомого класу систем із чорними дірами. Однак, будучи більш віддаленою і слабкою, її набагато важче спостерігати. «Ми запропонували також вивчити LB-1», – каже Рівініус.

HR 6819 також може дати деякі навідні підказки про те, як саме утворюються системи подвійних чорних дір, які виробляють гравітаційні хвилі. Такі системи, будь то дві чорні діри або чорна діра і нейтронна зірка, як відомо, виробляють ці хвилі в просторі-часі, коли вони зливаються. Але те, як вони виникають до злиття, залишається предметом інтенсивних суперечок в астрофізиці. «Це дійсно невідомо», – говорить Лаура Наттал з Університету Портсмута в Англії, яка не брала участі в дослідженні. «Досі немає чіткого розуміння того, як саме вони утворюються».

Карім Ель-Бадрі з Каліфорнійського університету в Берклі, який також не брав участі в новому дослідженні, вважає, що твердження про виявлення найближчої з коли-небудь спостережених чорних дір «безумовно правдоподібне». Він зазначає, проте, що цей висновок грунтується на кількох припущеннях – зокрема, передбачається, що сама внутрішня зірка системи, що обертається навколо чорної діри, має масу близько п’яти сонячних.

«Я думаю, що це цілком правдоподібно», – говорить він. Якщо ця внутрішня зірка не є такою масивною, як припускають Рівініус і його команда, невидимий об’єкт теж був би менш масивним і, можливо, взагалі не був би чорною дірою. «Думаю, буде необережно говорити про те, що це точно не чорна діра. Але тут є деяка невизначеність», – говорить Ель-Бадрі.

На даний час також неможливо визначити, чи є передбачувана чорна діра єдиним об’єктом з масою 4.2 сонячних, або ж це система з двох зірок по 2.1 маси Сонця, що тісно обертаються навколо одина одної, говорить Едвард ван ден Хевел з Університету Амстердама, який також не брав участі в новому дослідженні.

«Теоретично, це може бути четверною [зоряною системою], і серед яскравих зірок на небі таких вистачає», – говорить він. «Якби цей об’єкт почав випромінювати рентген в якийсь момент, ми були б точно впевнені, що це чорна діра. Але якщо він цього ніколи не зробить, тоді ми залишимося з проблемою: це чорна діра або компактна система з двох зірок?».

Однак Рівініус стверджує, що якби HR 6819 була четверною системою – фактично подвійна подвійна – це було б помітно у випромінюваному нею світлі. В кінцевому рахунку, щоб відповісти на ці питання, будуть потрібні подальші дослідження системи, що вимагають більш тривалих спостережень з великою кількістю телескопів.

«Як тільки наші обсерваторії знову почнуть працювати, ми спробуємо це зробити», – говорить Рівініус, відзначаючи, що телескопи по всьому світу закриваються у відповідь на триваючу пандемію коронавіруса. Ну а поки що, мабуть, ми маємо справу з найближчою до нас чорною дірою – на порядок ближчою, ніж Стрілець А *, розташованою в центрі Чумацького Шляху.