Астрофізики вперше виявили потрійні системи з чорними дірами

Олександр Петров

Джерело: Nature

Астрономам вперше вдалось довести існування трьох гравітаційно пов'язаних між собою об'єктів у системі з чорною дірою.

Головні тези:

Астрофізики з Массачусетського технологічного інституту вперше виявили потрійну систему з чорною дірою в нашій галактиці.
Відкриття потрійної системи зірки та чорної дирви V404 Cygni порушило уявлення про еволюцію чорних дір.
Дослідження показало, що ця система може бути першим прямим доказом того, що чорна діра утворилася внаслідок прямого колапсу, а не вибуху супернової.
Поява потрійної системи свідчить про можливість існування інших трійок чорних дір та їхню унікальну еволюцію в космосі.
Чорні діри утворюються через сильні вибухи, проте ця система допомагає переглянути традиційні уявлення про їх походження та життєвий цикл.

Що відомо про потрійні системи із чорною дірою

Зазначається, що астрофізики із Массачусетського технологічного інституту на відстані 8 тис світлових років виявили у нашій галактиці систему зірки та чорної діри, яка поглинає енергію з неї.

Зв’язок між двома тілами виявили ще в 1992 році — відтоці науковці описали систему в більш ніж 1300 наукових статтях, назвавши її V404 Cygni.

Однак у рамках більш детального дослідження було встановлено, що систему насправді складають три об’єкти.

Астрономи довели, що навколо першої зірки обертається більш віддалена зірка.

Ця система є надзвичайно захоплюючою для еволюції чорних дір. І вона також актуалізує питання про те, чи існує більше "трійок". Той факт, що ця зірка все ще пов’язана, викликає здивування, — пояснює керівник дослідження Кевін Бердж.

За підрахунками науковців, зірка, яка втрачає енергію на користь чорної діри, обертається навколо неї на відстані всього 6,5 земних дні.

У той же час третя зірка розміщується настільки далеко від чорної діри, що обертається навколо неї раз на 70 тис земних років.

За словами Кевіна Берджа, відкриття сталось завдяки щасливій випадковості, оскільки гіпотеза про існування третього об’єкту було зроблено під час перегляду фотографій V404 Cygni.

Загалом, не дивно, що чорні діри можуть бути потрійними, оскільки велика частка масивних зірок складається з потрійних частин. Але дивно, що ця система зберегла потрійну структуру після формування чорної діри, — зазначає Бердж.

Частіше за все чорні діри утворюються внаслідок потужного вибуху вмираючої наднової, коли виділяється величезна кількість енергії та світла в процесі останнього вибуху перед тим як колапсувати.

У цей момент відбувається пренатальний поштовх — потужний імпульс, що відштовхує чорну діру у протилежному напрямку від витиснутої матерії.

У таких умовах гравітаційно пов’язана з чорною дірою зірка може пережити вибух супернової та залишитися в системі.

Водночас сила гравітації швидко знижується на більших відстанях. Тобто інші віддалені зірки, які мають слабший гравітаційний зв’язок із чорною дірою, мають бути викинуті в космос.

Уявіть, що ви тягнете повітряного змія, але замість міцної мотузки ви маєте павутину. Якщо ви потягнете надто сильно, павутина розірветься, і ви втратите повітряного змія. Гравітація схожа на цю дуже слабку мотузку, і якщо ви зробите щось критичне з внутрішньою подвійною системою, то втратите зовнішню зірку, — пояснює Бердж.

Однак науковці спробували з’ясувати, чому у цьому випадку третю зірку не викинуло за межі системи.

За результатами низки моделювань науковці з’ясували, що три об’єкти залишались у системі у переважній більшості створених симуляцій, де чорна діра утворилася не внаслідок вибуху супернової, а прямого колапсу.

Як пояснюють науковці, чорна діра системи V404 Cygni, ймовірно, виникла в результаті "більш м’якого" процесу, під час якого зірка змінюється без раптового вибуху.

Автори роботи вважають, що нова потрійна система може бути першим прямим доказом того, що чорна діра утворилася внаслідок прямого колапсу.

Ми вважаємо, що більшість чорних дір утворюються внаслідок сильних вибухів зірок, але це відкриття допомагає поставити це під сумнів. Ця система є надзвичайно захоплюючою для еволюції чорних дір, і через це також виникає питання про те, чи є там більше трійок, — підкреслюють науковці.

Науковцям також вдалось встановити приблизний вік системи завдяки інформації про те, що віддалена зірка перебуває в процесі еволюції в червоного гіганта — одного з етапів життя цих об’єктів.

Науковці зазначають, що за їхніми підрахунками, цій системі вже близько 4 млрд років.