Зі спостережень виявлено зорю, що обертається навколо чорної діри несподіваної маси. Якщо це відкриття буде підтверджено, то воно може змінити наше розуміння того, як гинуть масивні зорі.
Астрономи виявили, здавалося б, «неможливу» чорну діру, що лежить від Землі на відстані приблизно 14 000 світлових років. Результати спостереження, оприлюднені в журналі Nature 28 листопада поточного року, дозволяють припустити, що маса дивного об’єкта у приголомшливі 68 разів більша, ніж маса Сонця.
Хоча надмасивні чорні діри містяться в центрі більшості галактик, теорії передбачають верхню межу приблизно в 45—55 сонячних мас для чорної діри зоряної маси, яка утворюється після вибуху наднової. За словами Крейґа Вілера (Craig Wheeler) з Техаського університету в Остін: «Це, звісно, цікава історія, якщо вона підтвердиться».
Досі більшість чорних дір зоряної маси було виявлено за допомогою рентгенівських променів, які надходять з гарячих дисків речовини довкола таких об’єктів. Але нове відкриття зроблене не за даними спостережень рентгенівської обсерваторії «Чандра». Натомість існування чорної діри виявлено за періодичними коливаннями молодої гарячої зорі-надгіганта спектрального типу В, маса якої приблизно у вісім разів більша, ніж маса Сонця. Ця зоря 11,5 видимої зоряної величини лежить в західній ділянці сузір’я Близнюків. Спостереження, виконане за допомогою китайського Багатооб’єктного спектроскопічного волоконного телескопа великих ділянок неба (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope, LAMOST), виявило рухи зорі до Землі та від неї.
Ще одне уявлення художника про зорю, що обертається навколо великої чорної діри зоряної маси. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
За даними групи науковців, яку очолює Джіфенґ Лю (Jifeng Liu) з Національної астрономічної обсерваторії Китайської академії наук, орбітальний період зорі 78,9 діб і видима швидкість свідчать про те, що маса її супутника має принаймні в шестеро перевищувати масу Сонця. Значить, це має бути чорна діра, бо зорю такої маси було б добре видно. Ця оцінка маси є мінімальною (вона може бути суттєво більшою) зважаючи на кут, під яким вдається спостерігати цю подвійну зоряну систему.
Інтрига нового відкриття в тому, що спектроскопічні дані також показують широку лінію викидів від іонізованого водню (її позначають Нa), яка не зміщується разом з іншими лініями у спектрі зорі. Натомість лінія спричинена чимось іншим, що рухається лише з однією восьмою швидкості зорі на її орбіті. Більше того, рух об’єкта протилежний рухові зорі, — у бік Землі, коли зоря віддаляється і навпаки. Ці характеристики — саме те, що можна було б очікувати від супутника зорі, тобто другого компонента подвійної системи.
Якщо емісія (викид) в лінії Нa виникає у великому диску гарячого газу, який обертається навколо чорної діри, як стверджують автори, то спостережуване відношення швидкості прямо вказує на відношення мас. З нього випливає, що чорна діра є величезним монстром з масою 68 мас Сонця. Відстань між чорною дірою та зорею, що обертається навколо неї, має становити близько 225 мільйонів кілометрів, або 1,5 астрономічних одиниць. Це приблизно відповідає відстані між Сонцем і Марсом.
Кілька науковців, серед яких Сельма де Мінк (Selma de Mink) з Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру та Стен Вуслі (Stan Woosley) з Каліфорнійського університету в Санта-Крус, скептично сприйняли повідомлення про це відкриття. Дуже масивні зорі, зазвичай, втрачають величезну кількість газу через зоряний вітер до того, як вони стануть надновими. Особливо коли вони народжуються в середовищі з відносно великою кількістю елементів, важчих за водень або гелій (або метали, як кажуть в астрономії). А в цьому випадку зоря-супутник ймовірної чорної діри містить на 20% більше металів, ніж Сонце.
«Звісно, втрати маси визначені не точно», — зізнається Вуслі. Однак, він каже, ніхто не очікує, що чорна діра в 68 разів масивніша, ніж Сонце, сформується в ділянці космічного простору з майже сонячною металічністю. «Це було б якісною зміною, а отже, цікавим, але вимагає дуже вагомих доказів. Тому я налаштований скептично, але я теоретик. Визначальним в цьому є спостереження».
Член наукової команди Стівен Джастім (Stephen Justham) з Амстердамського університету вважає, що вимірювання лінії Нa, від яких усе залежить, є достатньо переконливими, щоб побороти скепсис. Спостереження LAMOST підкріплені результатами спостережень на 10-метровому телескопі «Кек І» і на Великому телескопі Канарських островів (на Гаваях та Канарських островах відповідно). «Якщо хтось придумає кращу інтерпретацію (щодо зміщення лінії Нa), мені буде дуже цікаво почути», — сказав він.
Джастім погоджується, що окремі зорі не мають утворювати таких масивних чорних дір, і він цілком усвідомлює, що міркування про утворення чорної діри масою 68 мас Сонця шляхом колапсу зорі справді викликає «шок». З цієї причини він запропонував ідею, що невидима маса у подвійній системі — це не одна масивна чорна діра, а їх тісна пара, де кожна приблизно в 35 разів перевищує масу Сонця.
Справді, детектори LIGO та Virgo виявили гравітаційні хвилі від злиття чорних дір масою до 50 сонячних мас. Тож це нове відкриття, можливо, виявило подвійну чорну діру перед злиттям компонентів. Можливо, що злиття вже відбулося, хоча це малоймовірно, зважаючи на молодий вік системи — зорі-супутнику всього 35 мільйонів років.
Ця схема показує маси чорних дір, що злилися, і гравітаційні хвилі від яких виявлені детекторами гравітаційних хвиль LIGO та Діва (синій колір), а також чорні діри, виявлені за допомогою рентгенівського випромінювання (фіолетовий). Також показані нейтронні зорі (жовтий) й ті з них (помаранчевий), злиття яких виявлено з допомогою LIGO. Фото з сайту www.skyandtelescope.com.
Є ще одна проблема. Вимірювання паралаксу з допомогою зонда «Гайя» Європейського космічного агентства дає відстань до системи всього 7000 світлових років — вдвічі ближче, ніж значення, визначене на основі спектра зорі та її світності. Однак дослідники відзначають, що вимірювання «Гайя» не дуже точні, бо, ймовірно, на це впливає коливання зорі вздовж променя зору спостерігача.
Якщо вимірювання відстані «Гайя» правильне, то і зоря, і її невидимий супутник можуть бути істотно менш масивними. Водночас, за таких обставин, астрономам треба буде припустити: зоря перебуває в рідкісному нерівноважному стані, що суттєво зменшує її світність, ніж можна очікувати для гарячої молодої зорі цього типу.
«Я сподіваюся, що дослідники викладуть спектри в загальний доступ, — сказала де Мінк, — щоб незалежні науковці могли перевірити результати». Вона очікує на результати нових спостережень і вимірювань. «Давайте подивимося, що відбувається».
Вуслі погоджується, що є багато можливостей для докладніших спостережень. «Система нікуди не дінеться», — зауважує він. Тим часом Джастім вважає, що майбутні спектроскопічні дослідження виявлять багато спокійних чорних дір у подвійних системах. «Якою б не була ця маса, — сказав він, — це проба майбутньої популяції чорних дір, яку ми лише починаємо виявляти».
За інф. з сайту www.skyandtelescope.com
