Эта знаменитая система черных дыр на самом деле является тройной

Третий, слабо удерживаемый компаньон известной двойной V404 Cygni может означать, что по крайней мере некоторые черные дыры формируются "мягко". Автор: Даниэла Мата | Опубликовано: 5 ноября 2024 г.
Эта концепция художника показывает тройную систему V404 Cygni. На переднем плане черная дыра (справа) и близлежащий компаньон, из которого она вытягивает массу. Вверху по центру, на заднем плане, находится недавно обнаруженный второй компаньон. Автор: Хорхе Луго

Несмотря на их разрушительную силу, черные дыры часто наблюдаются вместе с компаньоном, например, звездой, нейтронной звездой, белым карликом или даже другой черной дырой. Однако исследование, опубликованное 23 октября в Nature обнаружил, что у двойной черной дыры V404 Cygni, которая содержит черную дыру и маленькую звезду, есть еще один друг — вторая звезда, которая находится примерно в 3500 раз дальше от «исходной» двойной звезды, чем расстояние от Земли до Солнца.

Это редкая находка. Группа исследователей из MIT и Caltech изначально искала признаки новых черных дыр в пределах Млечного Пути. Но затем ведущий автор исследования Кевин Бердж, стипендиат Паппалардо в MIT, наткнулся на третьего члена V404 Cyg, используя Aladin Lite, онлайн-инструмент визуализации, который объединяет несколько обзоров. Он заметил, что в видимых длинах волн к системе V404 Cyg подозрительно близко находится дополнительный сгусток.

Теперь эта находка заставляет астрономов задаваться вопросом о механизмах формирования черных дыр, о том, как они взаимодействуют со своими спутниками, и о том, существуют ли еще тройные системы. V404 Cyg может быть первым доказательством идеи о том, что черные дыры могут формироваться более мягким и менее драматичным образом, чем традиционно считалось, что позволяет им удерживать далекую звезду гравитационно связанной и не выбрасывать ее в космос.

Второй сгусток света

V404 Cyg наблюдается с 1992 года и является одной из первых подтвержденных черных дыр. Ранее известный сгусток света, который Бердж увидел в Aladin Lite, вызван внутренней звездой системы, питающей черную дыру и создающей яркий аккреционный диск. Однако вторая капля — свет от одной звезды — должно быть, долгое время оставалась незамеченной.

Чтобы подтвердить, была ли звезда связана с V404 Cyg, команда использовала данные обзора Gaia Европейского космического агентства, чтобы наблюдать за движением известных и потенциальных звезд-компаньонов за последние 10 лет. Две звезды, по-видимому, двигались вместе по сравнению с другими близлежащими звездами, что дает понять, что обе вращаются вокруг черной дыры, и доказывает, что V404 Cyg является первой «тройной черной дырой».

Внешняя звезда слабо связана с черной дырой и ее внутренней звездой. В пресс-релизе Бердж сравнил это с ситуацией, когда «вы тянете воздушного змея, и вместо прочной веревки вы тянете паутиной. Если вы потянете слишком сильно, паутина порвется, и вы потеряете воздушного змея. Гравитация подобна этой едва связанной струне, которая очень слаба, и если вы сделаете что-то радикальное с внутренней двойной звездой, вы потеряете внешнюю звезду.”

Но астрономы долгое время считали, что образование черных дыр — это бурный процесс. Так как же эта внешняя звезда, связанная только космической паутиной, осталась на месте? Вот что заставляет астрофизиков рассматривать альтернативные процессы образования черных дыр, которые ранее никогда не подтверждались наблюдениями.

Взрыв или прямой коллапс?

В начале 1970-х годов астрономы поняли, что сверхновые могут образовывать черные дыры — и с тех пор это был общепринятый механизм. Но когда происходит сверхновая, материал и энергия выбрасываются наружу. Это должно сдуть любые далекие компаньоны с лишь слабыми связями, такие как третья звезда V404 Cyg.

Вместо этого, возможно, черная дыра в этой системе претерпела необычно тихую смерть, когда умирающая звезда взорвалась в том, что известно как прямой коллапс. Это не выбрасывает энергию и, таким образом, не выбросит внешнюю звезду.

Чтобы определить, насколько это вероятно, команда провела десятки тысяч симуляций, чтобы посмотреть, могут ли они в конечном итоге получить текущую тройную систему. Каждая модель начиналась с трех звезд, одна из которых либо умирала как сверхновая, либо подвергалась прямому коллапсу. Когда сверхновая взорвалась наружу, у третьей звезды не было шансов остаться в системе. Но если звезда схлопнулась, вероятность того, что система останется тройной, значительно возросла.

«Подавляющее большинство симуляций показывают, что самый простой способ заставить эту тройку работать — это прямой коллапс», — сказал Бердж. 

Дополнительные находки

У внутреннего компаньона V404 Cyg орбитальный период составляет всего 6,5 дней. Но внешней звезде требуется целых 70 000 лет, чтобы завершить один оборот вокруг черной дыры, что подчеркивает, насколько слабо она связана. Эта внешняя звезда также стареет и начинает превращаться в красного гиганта. Это была ключевая подсказка, которая помогла исследователям определить возраст системы.

Используя эволюционные модели, команда пришла к выводу, что внешняя звезда образовалась около 3-5 миллиардов лет назад. Поскольку три звезды (одна из которых сейчас является черной дырой), вероятно, родились вместе, это делает всю систему, черную дыру и все остальное, также одного возраста. Они также обнаружили, что черная дыра поглотила по крайней мере половину солнечной массы материи из своей более близкой звезды.

Это открытие имеет большой потенциал для понимания формирования и эволюции звезд, черных дыр и близлежащих компаньонов. «Эта система невероятно интересна для изучения эволюции черных дыр, а также поднимает вопросы о том, существуют ли еще тройки», — сказал Бердж.