Обнаружена невозможная чёрная дыра

Чёрные дыры обычно обнаруживают по свечению падающего в них вещества, но есть и другой способ.

Чёрные дыры обычно обнаруживают по свечению падающего в них вещества, но есть и другой способ.
Иллюстрация YU Jingchuan, Beijing Planetarium, 2019.

Астрономы обнаружили чёрную дыру, которая не может существовать в Галактике согласно общепринятым теориям. Теперь учёным предстоит объяснить, откуда она взялась.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Напомним, что чёрная дыра звёздной массы образуется на месте взрыва сверхновой, если масса взорвавшейся звезды превышала 30 солнечных. В Галактике сотни миллиардов звёзд и, по теоретическим оценкам, сотни миллионов чёрных дыр.

Однако обнаружено пока лишь около двадцати таких тел. Дело в том, что ещё совсем недавно можно было засечь лишь те чёрные дыры, которые входят в тесные двойные системы с обычными звёздами. В таких дуэтах мощная гравитация монстра перетягивает на себя вещество звезды. Падая на чёрную дыру, оно разогревается и испускает рентгеновские лучи. Это излучение и позволяет обнаружить хищницу.

Однако, по теоретическим расчётам, большинство чёрных дыр не имеют подобного донора. Они либо не входят в двойные системы, либо находятся слишком далеко от партнёра, чтобы красть у него вещество.

Можно ли обнаружить чёрную дыру во втором случае? Да, если выяснится, что звезда обращается вокруг невидимого тела, гравитация которого так велика, что речь может идти только о чёрной дыре.

Эта идея проста, но лишь недавно телескопы достигли такой точности наблюдений, чтобы астрономы могли приступить к систематическую поиску "невидимок".

Вооружившись китайским телескопом LAMOST, исследователи приступили к работе, напоминающей поиск иголки в стоге сена (напомним, что одна чёрная дыра приходится в среднем на тысячу звёзд). Обнаружив светило, обращающееся вокруг чего-то невидимого, они изучили его с помощью крупных инструментов: 10,4-метрового Gran Telescopio Canarias в Испании и 10-метрового Keck I в США

К своему огромному удивлению, авторы выяснили, что звезда массой в восемь солнечных обращается вокруг невидимого объекта за 79 дней. Расчёты показали, что тёмное небесное тело – это чёрная дыра массой от 55 до 79 солнц. Она получила обозначение LB-1.

"Чёрные дыры такой массы не должны существовать в нашей галактике, согласно большинству современных моделей звёздной эволюции", – отмечает первый автор статьи Цзифэн Лю (Jifeng Liu) из Национальной астрономической обсерватории Китая.

Согласно господствующим теориям, после взрыва сверхновой в Млечном Пути не может образоваться чёрная дыра массой более 20 солнц.

"Мы думали, что очень массивные звёзды с химическим составом, типичным для нашей галактики, должны терять большую часть своего газа в мощных звёздных ветрах, когда они приближаются к концу своей жизни. Поэтому они не должны оставлять после себя такой огромный остаток. LB-1 вдвое больше, чем, как мы думали, это возможно. Теперь теоретикам придётся взять на себя задачу объяснить её формирование", – рассказывает учёный.

Отметим, что чёрные дыры звёздной, но неожиданно большой массы были ранее обнаружены благодаря гравитационным волнам. Однако эти открытия относились к далёким галактикам. Теперь выяснилось, что подобные объекты есть и в Млечном Пути.

"Это открытие заставляет нас пересмотреть наши модели формирования чёрных дыр звёздной массы, – говорит директор гравитационной обсерватории LIGO Дэвид Рейтц (David Reitze), не участвовавший в исследовании Лю и коллег.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что чёрные дыры могут расти, многократно сливаясь друг с другом, и о том, что маленькие чёрные дыры могут красть вещество у собратьев-гигантов.

Обновление

Через некоторое время сразу три независимые научные группы опубликовали препринты работ с критикой открытия.

Авторы оригинальной статьи опирались на то, как смещается линия водорода в спектре системы. Они полагали, что излучение исходит из облака вещества, падающего на чёрную дыру. По периодическому сдвигу линии они вычислили скорость движения чёрной дыры и, соответственно, её массу.

Между тем критики из Калифорнийского университета в Беркли утверждают, что сдвиг спектральной линии – кажущийся. Он возник из-за того, что первоначальная группа астрономов недостаточно точно учла вклад излучения второго компонента системы, то есть нормальной звезды.

По версии скептиков, правильно обработанные данные не показывают никакого сдвига. Из этого следует, что излучающий объект... неподвижен. Следовательно, заключают специалисты, излучение водорода не имеет к чёрной дыре никакого отношения и не позволяет определить её массу. Вероятно, оно приходит из окружающей межзвёздной среды.

Им вторят астрофизики из Бельгии. Выполнив собственные наблюдения LB-1 на испанском телескопе "Меркатор", они не нашли никаких свидетельств того, что чёрная дыра имеет заявленную рекордную массу.

Третье исследование выполнили учёные из Великобритании, Новой Зеландии, Австралии и Канады. Они провели компьютерное моделирование с целью выяснить, какие параметры двойной системы согласуются с наблюдательными данными о LB-1. Специалисты заключили, что чёрная дыра в системе может иметь вполне обычную массу в 4-7 солнечных.