Астрономы обнаружили самую массивную звездную черную дыру в нашей галактике благодаря колебательному движению, которое она вызывает у звезды-компаньона. Впечатление художника показывает орбиты звезды и черной дыры, получившей название Gaia BH3, вокруг их общего центра масс. Это колебание измерялось в течение нескольких лет с помощью миссии Gaia Европейского космического агентства. Дополнительные данные других телескопов, в том числе Очень Большого Телескопа ESO в Чили, подтвердили, что масса этой черной дыры в 33 раза больше массы нашего Солнца. Химический состав звезды-компаньона предполагает, что черная дыра образовалась после коллапса массивной звезды с очень небольшим количеством тяжелых элементов или металлов, как и предсказывает теория. Фото: ESO/L. Кальсада

Астрономы определили самую массивную звездную черную дыру, когда-либо обнаруженную в галактике Млечный Путь. Эта черная дыра была обнаружена в данных миссии Гайя Европейского космического агентства, потому что она вызывает странное «колеблющееся» движение у звезды-компаньона, вращающейся вокруг нее. Данные Очень Большого Телескопа Европейской Южной Обсерватории (VLT ESO) и других наземных обсерваторий были использованы для проверки массы черной дыры: она в 33 раза больше солнечной.

Звездные черные дыры образуются в результате коллапса массивных звезд, а те, которые ранее были обнаружены в Млечном Пути, в среднем примерно в 10 раз массивнее Солнца. Даже следующая по массе звездная черная дыра, известная в нашей галактике, Лебедь X-1, достигает лишь 21 солнечной массы , что делает это новое наблюдение с массой в 33 солнечных исключительным.

Примечательно, что эта черная дыра также находится очень близко к нам — всего в 2000 световых годах в созвездии Орла, и это вторая ближайшая известная черная дыра к Земле. Названный Gaia BH3 или сокращенно BH3, он был обнаружен, когда команда анализировала наблюдения Gaia в рамках подготовки к предстоящему выпуску данных.

«Никто не ожидал обнаружить скрывающуюся неподалеку черную дыру большой массы, до сих пор не обнаруженную», — говорит член коллаборации Gaia Паскуале Пануццо, астроном Парижской обсерватории, входящей в состав Национального центра научных исследований Франции (CNRS). «Такое открытие вы делаете один раз в своей исследовательской жизни».

Чтобы подтвердить свое открытие, коллаборация Gaia использовала данные наземных обсерваторий, в том числе прибора ультрафиолетового и визуального эшелле-спектрографа (UVES) на VLT ESO, расположенном в чилийской пустыне Атакама. Эти наблюдения выявили ключевые свойства звезды -компаньона, которые вместе с данными Gaia позволили астрономам точно измерить массу BH3.

Астрономы обнаружили такие же массивные черные дыры за пределами нашей галактики (используя другой метод обнаружения) и предположили, что они могут образоваться в результате коллапса звезд, в химическом составе которых очень мало элементов тяжелее водорода и гелия. Считается, что эти так называемые звезды с низким содержанием металлов теряют меньше массы за время своей жизни и, следовательно, у них остается больше материала для образования черных дыр большой массы после их смерти. Но доказательств, напрямую связывающих бедные металлами звезды с черными дырами большой массы, до сих пор не было.

Звезды в парах, как правило, имеют схожий состав, а это означает, что спутник BH3 содержит важные подсказки о звезде, которая рухнула, образовав эту исключительную черную дыру. Данные UVES показали, что компаньон был звездой с очень низким содержанием металлов, а это указывает на то, что звезда, коллапсировавшая с образованием BH3, также была бедна металлами – как и предполагалось.

Исследование, проведенное Пануццо и озаглавленное «Открытие спящей черной дыры массой 33 солнечных с помощью предварительной астрометрии Gaia», опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysicals.

«Мы пошли на исключительный шаг, опубликовав эту статью на основе предварительных данных перед предстоящим выпуском Gaia из-за уникальной природы открытия», — говорит соавтор Элизабетта Каффау, также член сотрудничества Gaia из Парижской обсерватории CNRS. Раннее предоставление данных позволит другим астрономам начать изучение этой черной дыры прямо сейчас, не дожидаясь публикации полных данных, запланированной не раньше конца 2025 года.

Дальнейшие наблюдения этой системы могли бы рассказать больше о ее истории и о самой черной дыре. Например, прибор GRAVITY на интерферометре VLT ESO может помочь астрономам выяснить, притягивает ли эта черная дыра материю из своего окружения, и лучше понять этот захватывающий объект.