Самая массивная черная дыра в нашей галактике ближе, чем мы думали?

Международная команда исследователей при участии ученых из Тель-Авивского университета (ТАУ), возглавляемая профессором Цви Мазэ, обнаружила звезду, которая вращается вокруг черной дыры массой в 33 раза больше массы Солнца и находится на расстоянии 1500 световых лет от Земли. Черная дыра, обнаруженная с помощью данных европейского космического аппарата Gaia, более чем в три раза тяжелее других известных черных дыр в нашей галактике.

Космический аппарат Gaia был запущен Европейским космическим агентством в 2013 году и с тех пор регулярно измеряет положение и яркость более миллиарда звезд в нашей галактике — Млечном Пути — с беспрецедентной точностью, эквивалентной точному определению положения одной песчинки на Луне до миллиметра.

Организация из сотен ученых по всей Европе обрабатывает данные, поступающие с аппарата, и делает их доступными для мирового научного сообщества. 

Группа исследователей была возглавлена профессором (эмеритус) Цви Мазэ из Школы физики и астрономии ТАУ им. Рэймонда и Беверли Саклер, который недавно был удостоен Премии Израиля по физике за 2024 год. Профессор Мазэ участвует в исследовании двойных звездных систем, обнаруженных с помощью данных космического аппарата. Исследование опубликовано в престижном журнале Astronomy & Astrophysics.

ESA/Gaia/DPAC

Космическая одиссея: исследование глубин Вселенной

Большая выборка двойных звезд должна включать системы, в которые входят черные дыры — одни из самых редких объектов во Вселенной. Существование черной дыры — одно из самых удивительных явлений во Вселенной, предсказанных теорией общей относительности Эйнштейна еще в 1939 году.

Согласно принятой теории, когда топливо для ядерного горения в ядре звезды заканчивается, звезда коллапсирует внутрь, к своему центру. Если звезда достаточно массивна, вся оставшаяся материя сжимается в одну точку бесконечной плотности. Таким образом, черную дыру можно рассматривать как «труп» звезды, завершившей свой жизненный цикл. Астрофизики все еще пытаются понять экстремальные условия, которые приводят к коллапсу материи в центральную точку, и поэтому каждое открытие черной дыры вызывает огромный интерес у астрономов.

В бездну черной дыры

Обнаружить черные дыры крайне сложно, поскольку свет не может преодолеть сильное гравитационное притяжение в их окрестностях. Когда черная дыра находится в двойной системе с нормальной звездой, движение видимой звезды используется для измерения массы ее невидимого партнера, что доказывает, что это действительно черная дыра. За несколько лет космический аппарат Gaia уже обнаружил две черные дыры.

Ожидая, что данные, продолжающие поступать с аппарата, приведут к открытию новых черных дыр, профессор Мазэ вместе с профессором Лораном Эйером из Женевского университета создали небольшую команду для поиска черных дыр с использованием данных космического аппарата, включающую ученых из Франции, Германии, Испании, Бельгии, Польши и Швейцарии. Исследуя новые данные, команда наткнулась на двойную систему, содержащую особую черную дыру, аналогов которой раньше не находили. Ее масса составляет 33 массы Солнца, и она находится примерно в 1500 световых годах от нас.

Новая черная дыра более чем в три раза тяжелее любой другой известной черной дыры в галактике Млечного Пути. Двойная система, названная Gaia BH3, содержит обычную звезду, которая, по-видимому, образовалась более десяти миллиардов лет назад, когда наша галактика была еще очень молодой. Звезда вращается вокруг черной дыры с периодом в 11 лет.

Профессор Цви Мазэ — лауреат Премии Израиля по физике 2024 года

По предложению профессора Мазэ было решено опубликовать сенсационное открытие прямо сейчас, не дожидаясь официальной публикации всех обнаруженных систем. Вся команда космического аппарата, включая исследователей из ТАУ — профессора Шая Цукера, руководителя Школы окружающей среды и наук о Земле имени Портера, доктора Симхона Файглера, доктора Сахара Шахафа (ныне в Институте Вейцмана), доктора Долева Баши (ныне в Кембриджском университете), аспиранта Авраама Бинненфельда и студента второго курса Одеда Орнштейна, — указана как соавторы опубликованной статьи.

Профессор Цви Мазэ: «Это захватывающее открытие самой тяжелой черной дыры в двойной системе, известной на сегодняшний день в галактике. Прошло около тридцати лет от первой гипотезы о существовании черной дыры до открытия первой черной дыры, и более пятидесяти лет до того, как мы смогли обнаружить Gaia BH3 — двойную систему с самым длинным известным циклом. Удивительно, как человечество умудряется исследовать обширные просторы Вселенной и обнаруживать такие таинственные объекты. Я уверен, что это открытие приведет к новому подходу к пониманию присутствия и распространенности черных дыр в нашей галактике».