Астрономы из Института астрономии Гавайского университета раскрыли бурное прошлое далекого красного гиганта, прислушавшись к его небесной «песне». Едва заметные изменения в яркости звезды позволяют предположить, что она, возможно, когда-то столкнулась с другой звездой и слилась с ней. В результате этого взрывного события звезда начала быстро вращаться вокруг «спокойной» черной дыры в системе Gaia BH2.
Используя данные спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), астрономы из Института астрофизики обнаружили слабые «звездотрясения» (англ. starquakes), которым постоянно подвергается звезда-компаньон черной дыры Gaia BH2. Эта система черной дыры и красного гиганта была впервые обнаружена миссией Gaia Европейского космического агентства в 2023 году.
Подобно тому, как сейсмические волны раскрывают внутренние слои Земли, колебания светимости звезды позволили ученым заглянуть под оболочку далекого светила и с поразительной точностью измерить свойства ее ядра. Результаты исследования были опубликованы в The Astronomical Journal.
Gaia BH2 — это двойная система, состоящая из черной дыры звездной массы и красного гиганта. Пара находится на расстоянии около 3 800 световых лет от Земли (1,16 килопарсека) в созвездии Центавра. Это одна из ближайших к нам известных черных дыр.
Черная дыра и красный гигант обращаются вокруг барицентра системы каждые 1277 земных дней, или около 3,5 лет, с умеренным эксцентриситетом 0,518. Масса черной дыры составляет около 8,94 M☉, что означает, что ее радиус Шварцшильда должен составлять около 26,4 км. Масса красного гиганта составляет 1,17 M☉, а радиус — 8,6 R☉. Его температура оценивается в 4604К (4331°C).
Самым большим сюрпризом стал химический состав звезды. Она оказалась «альфа-звездой», то есть в ней много тяжелых элементов, которые обычно встречаются в старых звездах. Это позволяет предположить весьма почтенный возраст. Однако, когда ученые изучили ее колебания, они обнаружили, что на самом деле ей всего около 5 миллиардов лет — чуть больше, чем нашему Солнцу. Она еще слишком молода, чтобы иметь такие химические характеристики.
Молодые звезды с высоким содержанием альфа-элементов встречаются довольно редко и вызывают недоумение. Сочетание молодости и древней химии говорит о том, что эта звезда развивалась не изолированно. Скорее всего, она приобрела дополнительную массу от звезды-компаньона в результате слияния или поглощения вещества при формировании черной дыры.
Загадка становится еще более запутанной, если учесть, что, согласно долгосрочным наблюдениям с помощью наземных телескопов, звезда совершает оборот вокруг своей оси за 398 дней, что намного быстрее, чем ожидалось для изолированного красного гиганта такого возраста.
По мнению соавтора исследования Джоэла Онга, научного сотрудника телескопа «Хаббл» в Институте астрофизики, если эта скорость вращения измерена без ошибок, то ее нельзя объяснить «врожденными» свойствами объекта. Должно быть, звезда ускорила вращение из-за приливного взаимодействия со своим поглощенным спутником, что еще раз подтверждает идею о том, что у этой системы непростая история.
Команда изучила также Gaia BH3 — еще одну систему с довольно массивной (33 M☉) черной дырой и еще более необычной звездой-компаньоном. Пара находится в 2000 световых лет от Земли в созвездии Орла. Хотя модели предсказывали, что у этой звезды должны фиксироваться колебания, они так и не были обнаружены. Это указывает на необходимость обновления существующих теорий о звездах с нестандартным (крайне низким или крайне высоким) содержанием металлов.
И Gaia BH2, и Gaia BH3 — это «спокойные» системы черных дыр, которые (по крайней мере пока) не поглощают своих компаньонов и поэтому не активны в рентгеновском диапазоне. Их открытие благодаря точным измерениям движения звезд меняет «к лучшему» представление астрономов о черных дырах и их роли в нашей галактике.
Будущие наблюдения Gaia BH2 с помощью телескопа TESS позволят ученым лучше изучить ее звездные колебания и, возможно, подтвердят, что она образовалась в результате слияния в прошлом, что поможет понять, как появились и мирно существуют тихие пары черных дыр.
Недавно Hi-Tech Mail рассказал простыми словами, как черные дыры поглощают вещество и излучают колоссальные потоки энергии.
