Астрономы открыли первую звезду, вращающуюся вокруг черной дыры

Телескоп NuSTAR обнаружил в созвездии Тукана необычный белый карлик, который вращается вокруг черной дыры по крайне тесной орбите, совершая один виток вокруг "точки невозвращения" всего за 30 минут, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.  "Мы предполагаем, что эта звезда вращается вокруг черной дыры уже десятки миллионов лет, и что она потеряла большую часть своей массы. Со временем, когда она потеряет еще больше массы, она начнет постепенно отдаляться от дыры, и превратится в экзотический холодный объект, похожий на алмазную планету, открытую несколько лет назад", — заявил Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) из университета Кэртина в Перте (Австралия).

Черная дыра – это особая область в пространстве и времени, в которой силы гравитации настолько велики, что их не способны преодолеть даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и сам свет. 

"Обычные" черные дыры, в отличие от их сверхмассивных кузин в центрах далеких галактик, крайне сложно находить и изучать из-за их спокойного нрава. Об их присутствии мы можем узнать только по тому, как они искривляют свет других звезд, а также по вспышкам радиоизлучения, вырабатываемых при поглощении ими сгустков материи. 

Миллер-Джонс и его коллеги случайно открыли пример такой черной дыры, наблюдая за звездой 47 X9 в созвездии Тукана при помощи рентгеновского телескопа NuSTAR и ряда других наземных и космических обсерваторий. Как рассказывают ученые, изначально они считали ее заурядной катаклизмической переменной звездой – парой из белого карлика и обычной звезды, яркость которой периодически вырастает в десятки раз из-за обмена материей между светилами.

Наблюдая за 47 X9, ученые заметили две необычных вещи – она излучала радиоволны, и ее спектр был больше похож на спектр белого карлика, чем на спектр "большой" звезды. И то и другое заставило астрономов предположить, что на самом деле роль "нормальной" звезды играет белый карлик, а роль карлика – еще более компактный и плотный объект. Им оказалась, как показали одновременные наблюдения при помощи радио- и рентгеновских телескопов, небольшая черная дыра массой в несколько Солнц.

Белый карлик, невольный компаньон этой черной дыры, почти касается ее по космическим меркам – дистанция между ними всего в три раза больше, чем расстояние между Луной и Землей (300 тысяч километров). Благодаря этому белый карлик совершает один оборот вокруг черной дыры всего за 28 минут, а его материя постоянно перетекает на черную дыру, подпитывая ее и формируя яркий диск аккреции, где периодически возникают мощные рентгеновские вспышки.

Как черная дыра и белый карлик сблизились, ученые пока не знают – это первый объект такого рода, который был когда-либо открыт астрономами. Как предполагают Миллер-Джонс и его коллеги, он мог возникнуть в результате экзотического столкновения черной дыры с красным гигантом. В результате столкновения внешние оболочки красного гиганта были выброшены в открытый космос, и на его месте осталось горячее ядро, ставшее белым карликом, и черная дыра, вращающаяся вокруг него.

Со временем, благодаря излучению гравитационных волн, карлик и дыра сблизились настолько, что материя звезды начала "перетекать" на черную дыру. Это заставило карлик отдаляться, а не сближаться с черной дырой, что приведет к тому, что обед черной дыры, длившийся десятки миллионов лет, наконец-то завершится. Как надеются ученые, дальнейшие наблюдения за 47 X9 помогут нам понять, откуда взялась эта черная дыра и как часто такие странные пары возникают в космосе.

Две черные дыры «притаились» неподалеку от Млечного пути

Гигантские черные дыры иногда бывают скрыты от наблюдений толстыми слоями из газа и пыли. Однако их присутствие выдает падающая на них материя, испускающая высокоэнергетическое рентгеновское излучение, которое регистрирует космическая обсерватория НАСА NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array). Именно таким образом в новом исследовании ученые смогли разглядеть две окруженных плотными газовыми оболочками сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах близлежащих галактик.

«Эти черные дыры расположены довольно близко к Млечному пути, однако до сих пор оставались недоступными наблюдениям, - сказал Эди Ануар (Ady Annuar), аспирант Даремского университета, Соединенное Королевство, и один из авторов нового исследования. – Их можно уподобить чудовищам, которые прячутся у вас под кроватью».

Первая из этих изученных галактик носит название IC 3639 и расположена на расстоянии 170 миллионов световых лет от нас. Благодаря высокой чувствительности обсерватории NuSTAR к высокоэнергетическому рентгеновскому излучению, исследователи смогли подтвердить, что эта галактика имеет активное ядро. Кроме того, исследователи впервые смогли оценить истинную яркость этого «монстра», оценив толщину слоя материала, скрывающего его от наблюдений.

Ещё более интересными оказались результаты исследования галактики NGC 1448, центральная черная дыра которой была открыта лишь в 2009 г., хотя она находится в центре одной из ближайших к Млечному пути крупных галактик, находящейся на расстоянии всего лишь 38 миллионов световых лет от нас. Исследование смогло подтвердить, что сверхмассивную черную дыру этой галактики также скрывает от наблюдений толстый газовый столб; кроме того, команда Ануара обнаружила в этой галактике крупную популяцию молодых (возрастом порядка 5 миллионов лет) звезд, что является признаком формирования в этой галактике новых звезд, в то же самое время, когда её центральная черная дыра продолжает активно поглощать газ и пыль.