"Перший прямий доказ "м'якого колапсу": вчені неочікувано виявили потрійну систему чорної діри

Астрономи вперше змогли довести існування трьох гравітаційно пов'язаних об'єктів у системі чорної діри.

Вони вважають, що незвичайна кількість тіл у системі – наслідок утворення чорної діри шляхом прямого колапсу, а не вибуху.

Про це йдеться в дослідженні групи вчених із Массачусетського технологічного інституту (США), яке опублікували в науковому журналі Nature, повідомляє Space.com.

У Чумацькому Шляху на відстані вісім тисяч світлових років від Землі розташована система зірки, та чорної діри, що поглинає матерію з першого об’єкта.

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 більш детальне дослідження показало, що система насправді складається з трьох об’єктів. Астрономам вдалося довести, що навколо зірки-компаньйона чорної діри 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 (гравітаційно – ред.) пов’язана (з системою – ред), викликає здивування", – розповів керівник дослідження Кевін Бердж.

За підрахунками команди вчених, "жертва" чорної діри обертається навколо своєї "вбивці" на відстані всього 6,5 земних дні. Натомість третє тіло системи розташоване настільки далеко від перших двох, що робить оберт навколо чорної діри – центра тріади – раз на 70 тисяч земних років.

Кевін Бердж зізнався, що відкриття насправді було "щаливою випадковістю", оскільки припущення про наявність третього об’єкта вчений зробив 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", – говорить Кевін Бердж.

Зазвичай чорні діри утворюються внаслідок сильного вибуху вмираючої зірки – наднової, – коли зірка вивільняє величезну кількість енергії та світла в останньому вибуху перед колапсом.

Під час цього відбувається пренатальний поштовх – потужний імпульс, який відштовхує чорну діру протилежно від витиснутої матерії.

За таких умов близька зірка, яка гравітаційно пов’язана з чорною дірою, 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", – пояснив керівник дослідження Кевін Бердж.

Чому в цьому випадку не сталося викиду третьої зірки? Щоб з’ясувати це, науковці провели низку моделювань.

Підхід засвідчив, що три об’єкти залишалися в системі в переважній більшості 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", – говорять вони.

Крім того, дослідникам вдалося встановити приблизний вік системи. У цьому їм допомогла інформація про те, що наразі найбільш віддалена її зірка перебуває в процесі еволюції в червоного гіганта – одного з етапів життя цих об’єктів.

За підрахунками команди, V404 Cygni існує приблизно 4 мільярди років, як і зоря, що має найбільшу орбіту. В подальшому вони планують з’ясувати кругову чи ексцентричну форму має орбіта віддаленої зірки системи.

Також відкриття наштовхує науковців на пошук інших тріад чорних дір.

"Наразі це єдина відома трійка чорної діри, але ми проводимо постійну роботу, щоб знайти їх більше!" – додав Кевін Бердж.

Нагадаємо, раніше дослідникам уперше вдалося розгледіти структуру, рух і температуру матерії навколо надмасивної чорної діри.