Найближчу відому чорну діру до Землі виявили за допомогою ESA Gaia

Чорні діри складно спостерігати за їх визначенням: маса зосереджена в області з настільки малим діаметром, що надзвичайно сильна гравітація не дозволяє нічому вийти, навіть світлу. З усім тим, ці об’єкти давно знайшли своє місце в астрофізиці. Так звані зоряні чорні діри, зокрема, з кількома сонячними масами, є кінцевим станом дуже масивних зірок. Тепер група астрономів під керівництвом Каріма Ель-Бадрі (Інститут астрономії Макса Планка [MPIA] та Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики) використала новий метод для виявлення найближчої відомої чорної діри. Відкриття також демонструє прогалини в сучасних астрономічних знаннях, а саме про формування подвійних зоряних систем.

Наближення до чорної діри Gaia BH1. Фон: область галактики Чумацький Шлях; Панель 1: зображення зірки, що обертається навколо чорної діри; Панель 2: реконструйована орбіта зірки; Панель 3: релятивістські ефекти викривлення світла, які були б видимі, якби ми могли побачити зірку та чорну діру зблизька. Авторство зображення: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers та ін. 2016), ESA/Gaia/DPAC (CC BY-SA 3.0 IGO)

У нашій рідній галактиці, Чумацькому Шляху , є близько сотні мільйонів зоряних чорних дір , але наразі виявлено лише невелику частину. Деякі з них були виявлені детекторами гравітаційних хвиль, які виміряли майже сотню злиттів зоряних чорних дір, що дало додаткові дані про маси чорних дір.

З тих кількох десятків зоряних чорних дір, які були виявлені за допомогою телескопічних спостережень, більшість обертаються навколо зірки-компаньйона досить близько, щоб гравітація чорної діри витягувала водень із зірки-компаньйона в так званий акреційний диск, який оточує чорну діру. Тоді газ стає достатньо гарячим у процесі, щоб випромінювати значну кількість рентгенівського випромінювання. Відомо 20 подібних «рентгенівських подвійних систем» з додатковими 50 об’єктами-кандидатами.

Було кілька спроб також знайти «спокійні» чорні діри в подвійних системах – чорні діри без рентгенівського диска. Інструмент вибору: зоряні спектри, райдужне розкладання світла зірок, які містять інформацію про рух зірки. Ми знаємо це з повсякденного життя, завдяки «ефекту Доплера» для звуку: машина швидкої допомоги з ревучою сиреною звучатиме вище, коли вона їде до нас, і нижче, коли вона проїжджатиме повз нас. Так само світло в зоряних спектрах говорить нам про рух зірки прямо до нас або від нас.

Це відео наближає Чумацький Шлях до розташування чорної діри Gaia BH1, наразі найближчої до Землі чорної діри. Після прибуття на місце ми бачимо орбіту сонцеподібної зірки навколо Gaia BH1.

Протягом останніх кількох років було кілька заяв про відкриття тихих чорних дір, які намагалися визначити орбіту подвійної системи та масу невидимого компаньйона виключно за спектрами зірок. Однак усі з них, крім одного (відкриття двійкової системи VFTS 243 у червні 2022 року, співавтором якого є Ель-Бадрі), були оскаржені або прямо спростовані подальшими дослідженнями. Ключова проблема: спектри дають лише частину інформації про рух зірок, а отже, про орбіту та масу супутника. Відсутня інформація є основним джерелом невизначеності – і це також те, де місія ESA Gaia обіцяє допомогу!