Используя данные миссии ESA Gaia, астрономы обнаружили не только ближайшую, но и вторую ближайшую черную дыру к Земле. Черные дыры Gaia BH1 и Gaia BH2 соответственно расположены всего в 1560 световых годах от нас в направлении созвездия Змееносца и в 3800 световых годах в созвездии Центавра. С галактической точки зрения, эти черные дыры находятся на заднем дворе нашего космоса.

Две черные дыры были обнаружены путем изучения движения их звезд-компаньонов. Странное «колебание» в движении звезд на небе указывало на то, что они вращаются вокруг очень массивного объекта. В обоих случаях объекты примерно в десять раз массивнее нашего Солнца. Другие объяснения этих массивных компаньонов, таких как системы двойных звезд, были исключены, поскольку они, похоже, не излучают никакого света.

До недавнего времени все черные дыры, о которых знали астрономы, были обнаружены благодаря излучению света — обычно в рентгеновском и радиодиапазонах — из-за падающего вещества. Новые черные дыры действительно черные, и их можно обнаружить только по их гравитационным эффектам. Расстояние от звезд до черной дыры и орбиты звезд вокруг них намного больше, чем для других известных двойных систем черных дыр и звезд. Те более близкие пары звезда-черная дыра, называемые рентгеновскими двойными, имеют тенденцию быть очень яркими в рентгеновском и радиодиапазоне, и поэтому их легче найти. Но новые открытия предполагают, что черные дыры в более широких двойных системах встречаются чаще.

«Что отличает эту новую группу черных дыр от тех, о которых мы уже знали, так это их большое расстояние от своих звезд-компаньонов. Эти черные дыры, вероятно, имеют совершенно другую историю формирования, чем рентгеновские двойные системы», — объясняет Карим Эль-Бадри, первооткрыватель. новых черных дыр и исследователь Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в США и Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Движение миллиардов звезд

Черные дыры были обнаружены с помощью данных Gaia. Gaia точно измеряет положение и движение миллиардов звезд. Движение звезд по небу может дать важные сведения об объектах, гравитационно влияющих на эти звезды. К таким объектам могут относиться другие звезды, экзопланеты, а также черные дыры.

«Точность данных Gaia была необходима для этого открытия. Черные дыры были обнаружены путем наблюдения за крошечным колебанием звезды-компаньона, вращающейся вокруг нее. Никакой другой инструмент не способен на такие измерения», — говорит Тимо Прусти, научный сотрудник проекта Gaia ЕКА.

Gaia предоставила точные измерения движения в трех направлениях, но чтобы точнее понять, как звезды удаляются и приближаются к нам, нужны были дополнительные измерения лучевой скорости. Наземные обсерватории предоставили их для недавно обнаруженных черных дыр, и это дало окончательный ключ к выводу, что астрономы обнаружили черные дыры.

Невидимые черные дыры

Черные дыры часто не полностью невидимы. Когда на них падает материал, они могут излучать свет в радио- и рентгеновском диапазонах. Что касается второй черной дыры Гайи, рентгеновская обсерватория НАСА Чандра и южноафриканский радиотелескоп MeerKAT искали этот свет, но не смогли обнаружить никакого сигнала.

«Несмотря на то, что мы ничего не обнаружили, эта информация невероятно ценна, потому что она многое говорит нам об окружающей среде вокруг черной дыры. От звезды-компаньона исходит множество частиц в виде звездного ветра. видим радиоизлучение, которое говорит нам о том, что черная дыра не очень хорошо пожирает и не так много частиц пересекает ее горизонт событий. Мы не знаем, почему это так, но мы хотим выяснить это», — говорит Иветт Сендес, помогавшая открыть вторая черная дыра и является астрономом Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в США.

Черные дыры нового типа не излучают никакого света, что делает их практически невидимыми, вероятно, потому, что они находятся намного дальше от своих звезд-компаньонов. Gaia BH1 и Gaia BH2 имеют наиболее разнесенные орбиты среди всех известных черных дыр. Тот факт, что они также являются ближайшими к Земле известными черными дырами, предполагает, что многие другие подобные черные дыры в широких двойных системах все еще ждут своего открытия.

«Это очень интересно, потому что теперь подразумевает, что эти черные дыры на широких орбитах на самом деле распространены в космосе — более распространены, чем двойные, где черная дыра и звезда расположены ближе. Но проблема заключается в их обнаружении. сбор данных, и его следующий выпуск данных (в 2025 году) будет содержать гораздо больше этих звезд с загадочными спутниками черных дыр», — объясняет Иветт.

Следующий выпуск данных Gaia будет основан на 66-месячных наблюдениях и будет содержать улучшенную информацию об орбитах звезд. Тем временем астрономы будут заняты выяснением того, откуда берутся эти черные дыры на широких орбитах.

Карим Эль-Бадри отмечает: «Мы подозревали, что черные дыры могут существовать в более широких системах, но мы не были уверены, как они образовались. Их открытие означает, что мы должны адаптировать наши теории об эволюции двойных звездных систем такими, какие они есть. пока не ясно, как формируются эти системы».

«Консорциум Gaia по обработке и анализу данных разрабатывает методы идентификации астрометрических двойных объектов с компактными компаньонами. Мы рассчитываем предоставить хорошую выборку кандидатов в следующем выпуске данных Gaia», — говорит член команды Цеви Мазех из Тель-Авивского университета. Научное сообщество надеется на дальнейшее расширение этой новой популяции спящих черных дыр.