Ученые обнаружили черную дыру, нарушающую правила астрофизики

черная дыра, Лебедь Х-1, космос
Фото: International Center for Radio Astronomy Research

Проведя новое исследование, ученые из Университета Кертин выяснили, что самая первая обнаруженная черная дыра намного больше, чем считалось ранее.

Ничто так не символизирует ужас, мощь и чудо космоса, как черные дыры. Первая в истории фотография черной дыры, сделанная в 2019 году, позволила увидеть ее темный центр, заключенный в огненное кольцо, способное искривлять пространство и время своим невероятным гравитационным притяжением, пишет Inverse.

В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые рассказали и другие подробности. Новое измерение особого рода черной дыры показывает, что она настолько массивна, что ставит под сомнение фундаментальные аспекты звездной эволюции.

Когда умирающие звезды коллапсируют, они могут образовывать черные дыры, которые затем продолжают набирать массу из окружающей среды. В результате размер черной дыры может рассказать о массе ее исходной звезды, но показатели не будут совсем точными. 

Солнце управляет нашей Солнечной системой в одиночку. Однако в космосе есть и двойные звездные системы, в которых две звезды вращаются вокруг общего центра масс. Если черная дыра будет взаимодействовать с одной из звезд такой системы, то звезда начнет испускать рентгеновские лучи, а они, в свою очередь, образовывать релятивистские струи (или джеты). 

Релятивистские струи излучают сильнейшие радиоволны, достаточно мощные, чтобы ученые могли их обнаружить. Наблюдения за джетами имеют важное значение для научного изучения черных дыр.

Так исследователи пришли к выводу, что масса черных дыр в двойных системах не превышает 20 солнечных масс (M☉). Однако известная двойная звездная система Лебедь Х-1 смогла их удивить. Согласно новому исследованию, ее черная дыра весит 21 M☉. 

Впервые обнаруженная в 1960-х годах в результате наблюдений рентгеновских лучей, исходящих из системы, она уже в 1973 году стала первым научно признанным доказательством существования черной дыры. 

Система вошла и в массовую культуру, когда Стивен Хокинг в своей книге "Краткая история времени" однажды заключил пари с коллегой-астрономом по поводу возможности существования черных дыр в этой области космоса. Хокинг сделал ставку против этой идеи и в конце концов, признал поражение. 

"Когда двойная звездная система становится одной звездой и одной черной дырой, определить их размеры можно, посмотрев, как изменяется оптический свет от, движущееся по своей орбите звезды-компаньона", — рассказал соавтор исследования астроном Джеймс Миллер-Джонс из Университета Кертина, Австралия.

Несмотря на то, что предыдущие исследования Лебедя X-1 были революционными, ученые не смогли полностью исследовать орбиту черной дыры вокруг ее звезды-компаньона. 

Миллер-Джонс и его команда смогли пойти дальше, используя Антенную решетку со сверхдлинными базами (VLBA), состоящей из 10 радиотелескопов, расположенных по всей территории Соединенных Штатов. Используя данные из антенной решетки, команда поняла, что когда черная дыра в Лебеде X-1 движется по своей орбите, она начинает позиционно смещаться. 

"С помощью полного анализа орбиты, в течение шести дней наша команда смогла скорректировать эти орбитальные эффекты, измерить более точное расстояние и массу черной дыры", — объяснил Миллер-Джонс. 

Чтобы понять, почему эта новая информация о массе так важна, нужно взглянуть на нашу собственную галактику Млечный Путь. В нашей галактике поколения звезд синтезировали тяжелые элементы, которые позволяют нынешнем звездам управлять более мощными ветрами, чем это было возможно ранее. 

Эти могучие ветра должны были наложить ограничения на массы черных дыр (по сути черная дыра могла украсть столько массы только у своей звезды-компаньона). Но Лебедь-Х1 работает иначе.

"Это заставило нас пересмотреть информацию о том, сколько вещества самые массивные звезды теряют с ветрами", — отметил Миллер-Джонс.

Невероятно, но черная дыра в центре этого исследования на самом деле чуть больше 117 км в диаметре. Общая масса двух объектов более чем в 60 раз превышает массу Солнца.

"Конечно, его масса примерно в 7 миллионов раз больше массы Земли, но вам понадобится час, чтобы проехать по ней", — подчеркивает Миллер-Джонс. 

Теперь, когда Лебедь-Х1 имеет титул самой массивной черной дыры звездной массы, возникает следующий вопрос: что будет дальше с двойной звездной системой? 

Ее звезда и черная дыра вращаются вокруг друг друга по быстрой 5,6-дневной орбите. Но в один прекрасный день, звезды начнут вымирать. Что произойдет дальше, неизвестно, но исследователи отмечают, что эти два члена системы не должны слиться в гораздо большую черную дыру.