Вчені виявили першу систему «потрійних чорних дір», що складається з чорної діри, яка живиться зіркою-компаньйоном і обертається навколо дальшої зірки. Ця система, названа V404 Cygni, розташована в межах Чумацького Шляху і на відстані близько 8000 світлових років від Землі.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Це відкриття може вказувати на більш м’який процес народження чорної діри, званий «прямим колапсом», тому що якби походження цієї чорної діри було в більш катастрофічних подіях, воно б забезпечило «пренатальний поштовх», який виштовхнув би слабко пов’язану з системою зірку з цієї потрійної системи.
Вчені вважають, що більшість чорних дір утворюються внаслідок потужних вибухів зірок, але це відкриття змушує засумніватися в такому сценарії.
«Ця система дуже цікава для розгляду сценарію еволюції чорних дір, вона також підносить питання про те, чи є ще системи з трьох об’єктів. Той факт, що ця зірка все ще пов’язана з системою, дивовижний, оскільки це має на увазі, що вона отримала низькоенергетичний поштовх», – сказав Кевін Бердж із Массачусетського технологічного інституту (MIT).
Команда виявила, що в той час, як «зірка-жертва» цієї чорної діри здійснює один оберт навколо неї лише за 6,5 земних діб, нещодавно виявлена третя зірка в системі обертається навколо так далеко, що робить один оберт за 70 000 земних років.
«Це відкриття було просто щасливою випадковістю, насправді я просто дивився на зображення V404 Cygni та помітив, що воно перебуває в потрійній системі. Потім ми виявили, що чорна діра у V404 Cygni, ймовірно, народилася без «натального поштовху»», – сказав Бердж.
Астрономам відомо про наднові, які супроводжують смерть масивної зірки після того, як у її ядрі закінчується ядерне паливо і вона більше не може протистояти власній гравітації. Коли загальна теорія відносності Ейнштейна направила вчених на шлях, який привів до відкриття чорних дір і нейтронних зірок, вибухи зірок було швидко пов’язано з процесом народження цих надщільних зоряних останків.
Близька зірка, яка тісно гравітаційно пов’язана з новою чорною дірою, може «пережити» енергію, яку вона отримує від вибуху наднової, і залишитися в системі. Однак сила гравітації швидко падає на великих відстанях, що означає, що будь-які зірки, які не утримує чорна діра, мають бути викинуті та стати «зіркою-ізгоєм».
«Уявіть, що ви тягнете повітряного змія, і замість міцної нитки ви тягнете павутину. Якщо ви потягнете занадто сильно, то павутина порветься, і ви втратите повітряного змія. Гравітація подібна до цієї тонкої нитки, яка дуже слабка, і якщо ви зробите щось радикальне з подвійною зіркою, ви втратите зовнішню зірку», – пояснив Бердж.
Але перш ніж відповісти на питання про те, чому цього не сталося в цій потрійній системі, команда спершу мала підтвердити, що віддалена зірка дійсно обертається навколо подвійної системи V404 Cygni. Вони підтвердили це, використовуючи 10 років спостережень космічного телескопа Gaia, космічного апарату, який відстежує рух мільярдів зірок у Чумацькому Шляху.
Команда виявила, що зірки дійсно рухаються в тандемі, виявивши, що ймовірність такого руху, що відбувається через те, що зірки не перебувають в одній системі, становить приблизно один до 10 млн. Вони також визначили, що зовнішня зірка розташована в 3500 разів далі від центральної чорної діри, ніж Земля від нашого Сонця.
Щоб визначити, чому зовнішня зірка цієї системи не була викинута, Бердж провів низку симуляцій, щоб побачити, як така потрійна система могла розвинутися до свого нинішнього стану і при цьому зберегти свою зовнішню зірку.
Кожна симуляція починалася з трьох зірок, одна з яких потім перетворилася на чорну діру. У симуляції вводився вибух наднової, який Бердж проводив десятки тисяч разів, варіюючи кількість вивільнюваної енергії та напрямок, у якому вона вивільнялася. Деякі з цих симуляцій призвели до потрійної системи з чорною дірою.
Здебільшого єдиними симуляціями, які відтворювали спостереження команди за цією системою, були ті, що виключили вибух наднової та побачили чорну діру, створену в результаті прямого колапсу.
Виявлення того, що зовнішня зірка пов’язана з V404 Cygni, також допомогло команді визначити вік потрійної системи. Вченим допомогло те, що віддалена зірка перебуває в процесі перетворення на червоного гіганта, що відбувається, коли зірки виходять із фази головної послідовності та роздуваються до розмірів, які в 100 разів перевищують їхній початковий розмір.
Команда визначила, що зовнішній зірці близько 4 млрд років, і дійшла висновку, що вся система приблизно такого ж віку. Це перший раз, коли вчені виконали такий процес визначення віку системи.
«Ми ніколи не могли зробити цього раніше для старої чорної діри. Тепер ми знаємо, що V404 Cygni є частиною потрійної, вона могла утворитися в результаті прямого колапсу, і вона утворилася близько 4 млрд років тому», – сказав Бердж.
У команди все ще є питання про природу цієї системи, яку вони будуть досліджувати на додаток до пошуку більшої кількості потрійних чорних дір.
«Одне з найбільших питань – який вигляд має орбіта зовнішнього компаньйона – кругова чи ексцентрична? Ми спробуємо виміряти це за допомогою інструменту під назвою GRAVITY на Європейському дуже великому телескопі (VLT). Наразі це єдина відома потрійна система з чорною дірою, але ми проводимо постійну кампанію з пошуку більшої кількості таких систем», – підсумував Бердж.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: