Новое исследование проливает свет на то, как пара черных дыр могла поддерживать жизнь своих звезд-компаньонов — и на расстоянии. Автор: Пол Саттер | Опубликовано: 14 ноября 2024 г. | Последнее обновление: 15 ноября 2024 г.
AB7 в Малом Магеллановом Облаке — это двойная система, состоящая из двух звезд — одна из которых близка к концу своей жизни, а другая среднего возраста — с чрезвычайно мощными ветрами. Моделирование показывает, что такие ветры могут помочь звезде выжить, если ее компаньон взорвется в сверхновой, порождающей черную дыру. Автор: ESO
Излучение Gaia Европейского космического агентства выявило две неожиданные черные дыры, вращающиеся вокруг звезд, подобных нашему Солнцу. Одна небольшая проблема: мы не совсем уверены, как должны образовываться такие черные дыры. Но у группы исследователей может быть ответ.
Астрономы не могут напрямую наблюдать черные дыры. Это потому, что по определению они не испускают никакого излучения, и поскольку само пространство такое же черное, мы не можем сделать точную фотографию. Поэтому обычно астрономы могут собирать доказательства существования черных дыр только косвенно. Наиболее распространенный метод — когда черные дыры вращаются вокруг массивной звезды, и гравитация черной дыры способна исказить часть атмосферы звезды-компаньона. Когда газ изливается в горизонт событий черной дыры, он нагревается и испускает высокоэнергетическое излучение.
Однако недавно миссия Gaia предоставила нам первые проблески совершенно нового класса систем черных дыр. Две недавно обнаруженные черные дыры не были обнаружены напрямую. Вместо этого астрономы просканировали сокровищницу из более чем 3 миллиардов звездных измерений, полученных космическим аппаратом на данный момент. В рамках этих данных они обнаружили две системы, в которых звезды, очевидно, вращались вокруг какого-то другого объекта, и при этом не было видимого компаньона.
Исходя из орбитальных характеристик этих звезд, скрытые компаньоны должны иметь массу примерно в восемь-девять раз больше массы Солнца. Единственный тип астрофизического объекта, который соответствует этому описанию, — это черная дыра.
Но эти две черные дыры, названные BH1 и BH2, представляют собой забавную астрофизическую задачу. Их звездные компаньоны имеют примерно такую же массу, как Солнце, и у них также примерно такое же количество тяжелых элементов. Но они оказываются вращающимися вокруг этих черных дыр по очень длинным, вытянутым широким орбитам.
Проще говоря, такие системы не должны существовать. Чтобы создать черную дыру, нужно начать с массивной звезды. Но в конце своей жизни массивные звезды невероятно нестабильны, выбрасывают яростные ветры и расширяются в красных гигантов. Когда это происходит, меньший спутник, похожий на Солнце, обычно проигрывает. Иногда более массивная звезда раздувается настолько, что ее внешняя атмосфера окутывает меньшую звезду, заставляя ее сливаться с черной дырой. В других случаях выброс материала приводит к тому, что меньшая звезда просто выбрасывается из системы. А в некоторых случаях на меньшую звезду выливается так много материала, что она превращается в более массивную.
В любом случае, астрономы не ожидают увидеть маленькие звезды, вращающиеся вокруг черных дыр. Но это именно то, что показывают данные, поэтому астрономы вынуждены искать решение. Недавно группа астрономов сделала именно это в статье, представленной в журнал Astronomy & Astrophysics.
Путь к выживанию
Чтобы изучить загадочный случай BH1 и BH2, они обратились к компьютерному моделированию. Группа хотела исследовать, существуют ли вообще какие-либо сценарии, в которых массивная звезда может закончить свою жизнь и стать сверхновой, в то время как меньший компаньон останется нетронутым.
Ключ к разгадке — металличность, которая является термином, обозначающим количество тяжелых элементов внутри звезды. Как для BH1, так и для BH2, меньшие звезды имеют относительно высокую металличность. Поэтому вполне логично, что их давно умершие компаньоны также имели высокие уровни тяжелых элементов.
Используя сложный код компьютерного моделирования, который отслеживает эволюцию звезд, включая их внутренности и материал, который ускользает от их захвата, астрономы обнаружили определенный особый класс звезд, который мог бы объяснить этот тип системы. Если звезды достаточно массивны, по крайней мере 80 солнечных масс, то их высокая металличность означает, что они могли бы передавать много внутренней энергии в невероятно сильные ветры. Фактически, эти ветры могут быть настолько сильными, что когда звезда раздувается, чтобы стать красным гигантом, она не становится настолько увеличенной, как могла бы в противном случае. Все это означает, что существует эффективный путь для сверхгигантских звезд, чтобы стать черными дырами среднего размера, такими как BH1 и BH2.
Далее астрономы специально исследовали, может ли небольшой компаньон пережить натиск свирепых ветров, не став дестабилизированным. Если это возможно, то может существовать путь для того, чтобы более крупный компаньон превратился в черную дыру, но при этом допускал существование компаньона, похожего на Солнце.
Астрономы не только обнаружили, что это возможно, но и обнаружили, что это может быть относительно распространенным результатом. Другими словами, нас не должно удивлять существование таких систем, как BH1 и BH2. Астрономы, стоящие за исследованием, подозревают, что в существующих данных Gaia могут скрываться сотни таких систем, которые нам еще предстоит обнаружить.
Чтобы проверить этот сценарий, команда предлагает продолжить охоту за другими такими странными двойными системами, уделяя особое внимание вытянутости их орбит.
Эти новые наблюдения и предлагаемое решение показывают нам, насколько богата и сложна звездная эволюция. С каждым годом астрономы узнают больше о том, как могут образовываться и существовать черные дыры, рассказывая нам о формировании звезд, эволюции солнечных систем и будущем самого звездообразования.