Астрономы открыли первую чёрную дыру звёздной массы в соседней галактике

В соседней галактике Большое Магелланово Облако обнаружили «спящую» чёрную дыру звёздной массы. Она образовалась на месте звезды с массой не менее 9 масс Солнца и составляет пару в двойной звёздной системе по отношению к горячей и массивной звезде. Открытие сделано на спектрометре телескопа VLT по результатам шести лет наблюдений за туманностью в Магеллановом Облаке. Это первая дыра звёздной массы, обнаруженная за пределами Млечного Пути.

Чёрные дыры звёздной массы образуются на последней стадии эволюции массивной звезды, когда она после выгорания своего ядерного топлива под действием сил тяжести схлопывается в сверхмассивный компактный объект. Солнцеподобным звёздам такая участь не грозит: в конце жизненного цикла они следуют по другой ветке эволюции, превращаясь в конечном итоге в звезду-белый карлик. Для того, чтобы звезда превратилась в чёрную дыру, её начальная масса должна быть на порядок больше массы Солнца. Звезда, прошедшая такой путь, может иметь пару в двойной звёздной системе. В таком случае существование чёрной дыры можно обнаружить, исследуя движение звезды-компаньона. И, наконец, «спящей» или «спокойной» (dormant, quiet) чёрной дырой называется объект, возле которого не наблюдается существенного излучения рентгеновского диапазона — обычный признак, по которому обнаруживают чёрные дыры, особенно сверхмассивные дыры в центрах галактик. Поскольку спящие чёрные дыры не взаимодействуют с окружением, пока единственный способ их обнаружить — гравитационное взаимодействие с ближайшими звёздами; как правило — со звездой в паре. По этой причине таких объектов известно не так много.

Чёрную дыру впервые нашли в другой галактике — в карликовой галактике-спутнике Млечного Пути Большое Магелланово Облако, или LMC (Large Magellanic Cloud). Магеллановы Облака — это два характерных пятнышка в южном небе, они как раз видны в левой части звёздного неба на открывающей картинке (панорама с видом на телескоп VLT, или Very Large Telescope в Чили). Расстояние до LMC 160 тысяч световых лет. Чёрная дыра имеет массу не меньше 9 масс Солнца, а её компаньон — горячая голубая звезда (её звёздный класс O) с массой 25 M_⊙. Период обращения звёздной пары — всего 10 дней. Чтобы найти этот объект с обозначением VFTS 243, астрономы обследовали около тысячи массивных звёзд в области Туманности Тарантула в Большом Магеллановом Облаке. Это облако ионизированного водорода (H II) и обширный участок звёздообразования на юго-восточной окраине LMC, а также самая примечательная деталь LMC, если разглядывать его в любительский телескоп. Другое название этой туманности, 30 Doradus, указывает на ближайшую на небесной сфере звезду в созвездии Золотой Рыбы. По особенностям движения звёзд искали такие объекты, у которых может быть массивная невидимая пара. Даже если такие объекты удаётся найти, это ещё не значит, что открыта очередная чёрная дыра: такое же поведение парной звезды может быть вызвано множеством других причин. Для однозначного подтверждения необходимо найти веские доказательства, исключающие все другие объяснения. Интересно, что чёрную дыру обнаружила исследовательская группа, которая занимается как раз опровержением таких открытий, то есть отбраковыванием объектов-кандидатов, которых обнаруживают в достаточном количестве; большинство из них потом оказываются «ложными срабатываниями», и для подтверждения открытия необходим серьёзный анализ и проверка данных. То же самое, к слову, относится и к открытию экзопланет, а также множества подобных объектов, которые обнаруживают по косвенным признакам. Статья об открытии первой чёрной дыры звёздной массы вне Млечного пути в июле 2022 года опубликована в Nature Astronomy.

Открытие — результат шести лет наблюдений за Туманностью Тарантула при помощи телескопа VLT в Южно-Европейской обсерватории в Чили (ESO). Звезда, породившая объект VFTS 243, полностью коллапсировала без признаков предварительного взрыва. Такой сценарий астрофизики начали рассматривать сравнительно недавно, и обнаруженный объект как раз подтверждает его реальность. Распространённый взгляд предполагает, что чёрная дыра образовывается в результате коллапса массивной звезды, которому предшествует её взрыв как Сверхновой. Такого поведения, например, ожидают в будущем для одной из самых ярких звёзд Бетельгейзе. Но и здесь не всё так просто, и механизмы эволюции сверхмассивных звёзд могут быть очень разными (подробнее можно узнать в большой статье о возможном взрыве Бетельгейзе). VFTS 243, похоже, образовалась по иному механизму, без катастрофического взрыва. Таких объектов в нашей и других галактиках должно быть достаточно много — астрономы считают, что их в Млечном Пути и обоих Магеллановых Облаках тысячи только среди тех, которые можно обнаружить на современном уровне техники наблюдений. Предполагается, что в ближайшие годы при помощи астрометрии высокой точности по данным спутника Gaia Европейского космического агентства удастся открыть сотни таких объектов в Галактике, а будущие спектроскопические и фотометрические обзоры (сочетание данных SDSS, TESS, OGLE и др.) будут способны обнаружить такие объекты и за пределами Млечного Пути.