Учені виявили чорну діру, яка порушує правила астрофізики

Ніщо так не символізує жах, міць і диво космосу, як чорні діри. Перша в історії фотографія чорної діри, зроблена в 2019 році, дозволила побачити її темний центр, ув'язнений у вогняне кільце, здатне викривляти простір і час своїм неймовірним гравітаційним тяжінням, пише Inverse.

У дослідженні, опублікованому в журналі Science, вчені розповіли й інші подробиці. Новий вимір особливого роду чорної діри показує, що вона настільки масивна, що ставить під сумнів фундаментальні аспекти зоряної еволюції.

Коли вмирають зірки коллапсують, вони можуть утворювати чорні діри, які потім продовжують набирати масу з навколишнього середовища. Зрештою розмір чорної діри може розповісти силу-силенну її вихідної зірки, але показники не будуть зовсім точними.

Сонце керує нашою Сонячною системою самотужки. Однак у космосі є і подвійні зоряні системи, в яких дві зірки обертаються навколо загального центру мас. Якщо чорна діра буде взаємодіяти з однією із зірок такої системи, то зірка почне випускати рентгенівські промені, а вони, зі свого боку, утворювати релятивістські струмені (або джети).

Релятивістські струмені випромінюють сильні радіохвилі, досить потужні, щоб вчені могли їх виявити. Спостереження за джетами мають важливе значення для наукового вивчення чорних дір.

Так дослідники дійшли висновку, що маса чорних дір у подвійних системах не перевищує 20 сонячних мас (M☉). Однак відома подвійна зоряна система Лебідь Х-1 змогла їх здивувати. Згідно з новим дослідженням, її чорна діра важить 21 M☉.

Вперше виявлена в 1960-х роках унаслідок спостережень рентгенівських променів, що виходять з системи, вона вже в 1973 році стала першим науково визнаним доказом існування чорної діри.

Система увійшла і в масову культуру, коли Стівен Гокінг у своїй книзі "Коротка історія часу" одного разу побився об заклад із колегою-астрономом із приводу можливості існування чорних дір в цій галузі космосу. Гокінг зробив ставку проти цієї ідеї і врешті-решт, зазнав поразки.

"Коли подвійна зоряна система стає однією зіркою та однією чорною дірою, визначити їх розміри можна, подивившись, як змінюється оптичний світло від, що рухається по своїй орбіті зірки-компаньйона", — розповів співавтор дослідження астроном Джеймс Міллер-Джонс з Університету Кертіна, Австралія.

Незважаючи на те, що попередні дослідження Лебедя X-1 були революційними, вчені не змогли повністю дослідити орбіту чорної діри навколо її зірки-компаньйона.

Міллер-Джонс і його команда змогли піти далі, використовуючи антенну решітку з наддовгими базами (VLBA), що складається з 10 радіотелескопів, розташованих по всій території Сполучених Штатів. Використовуючи дані з антенної решітки, команда зрозуміла, що коли чорна діра в Лебеді X-1 рухається по своїй орбіті, вона починає позиційно зміщуватися.

"За допомогою повного аналізу орбіти, протягом шести днів наша команда змогла скорегувати ці орбітальні ефекти, виміряти точнішу відстань і масу чорної діри", — пояснив Міллер-Джонс.

Щоб зрозуміти, чому ця нова інформація про масу так важлива, потрібно поглянути на нашу власну галактику Чумацький Шлях. У нашій галактиці покоління зірок синтезували важкі елементи, які дозволяють нинішнім зіркам керувати більш потужними вітрами, ніж це було можливо раніше.

Ці могутні вітри повинні були накласти обмеження на маси чорних дір (по суті чорна діра могла вкрасти стільки маси тільки у своєї зірки-компаньйона). Але Лебідь-Х1 працює інакше.

"Це змусило нас переглянути інформацію про те, скільки речовини наймасивніші зірки втрачають з вітрами", — зазначив Міллер-Джонс.

Неймовірно, але чорна діра в центрі цього дослідження насправді трохи більша 117 км у діаметрі. Загальна маса двох об'єктів більш ніж у 60 разів перевищує масу Сонця.

"Звичайно, його маса приблизно в 7 мільйонів разів більша за масу Землі, але вам знадобиться час, щоб проїхати по ній", — підкреслює Міллер-Джонс.

Тепер, коли Лебідь-Х1 має титул масивної чорної діри зоряної маси, виникає наступне питання: що буде далі з подвійної зоряної системою?

Її зірка та чорна діра обертаються навколо один одного по швидкій 5,6-денний орбіті. Але в один прекрасний день, зірки почнуть вимирати. Що станеться далі, невідомо, але дослідники зазначають, що ці два члени системи не повинні злитися в набагато більшу чорну діру.