Астрономы следят за безумным танцем между звездой и черной дырой

Астрономы прямо сейчас следят за далекой звездой, кружащей в смертельном танце вокруг большой черной дыры. Дистанция между объектами всего примерно в 2,5 раза превосходит расстояние между Землей и Луной. Находясь столь близко к одному из самых смертоносных астрономических объектов во Вселенной, звезда совершает полный оборот вокруг черной дыры всего за полчаса. Для сравнения: на полный оборот вокруг нашей сравнительно маленькой планеты у нашего спутника, Луны, уходит в среднем около 28 дней, при этом его скорость составляет порядка 3683 километра в час. Все это говорит о том, что звезда вращается вокруг черной дыры просто-таки на безумной скорости.

На базе данных, собранных сетью телескопов, использующихся для исследования дальнего космоса, команда астрономов провела расчеты рентгеновского излучения, создающегося двойной системой звезд с названием 47 Tuc X9, расположенной в одном из звездных скоплений примерно в 14 800 световых годах от нас.

Следует сразу же отметить, что о существовании этой «парочки» астрономы знают уже относительно давно – система была впервые обнаружена еще в 1989 году, — однако только сейчас у ученых появилась полная картина того, что же там на самом деле происходит.

«Долгое время считалось, что система X9 состоит из белого карлика и солнцеподобной звезды-компаньона с малой массой, из которой он высасывает материю», — рассказывает исследователь Араш Бахрамиан.

Обычно двойные системы звезд с такими темпераментными отношениями относят в разряд катаклизмических звезд. Однако в 2015 году выяснилось, что компаньоном белого карлика является черная дыра, а не солнцеподобная звезда, что, в свою очередь, заставило ученых пересмотреть некоторые из принятых ранее гипотез.

Вернувшись к исследованию этой системы, астрономы с помощью космического телескопа «Чандра» подтвердили наличие возле звезды некоторого запаса кислорода. Ранее ученые уже находили белые карлики с кислородной атмосферой, поэтому, вне всяких сомнений, они были уверены в том, что нашли нужную цель. Однако вместо ожидаемой картины, где белый карлик разрывал бы на части другую звезду, астрономы стали свидетелем того, что жертвой является сам белый карлик, в то время как роль злодея играет черная дыра, высасывающая из него газ.

Сами по себе белые карлики являются типом сверхплотных звездных объектов, по сути представляющих собой останки звезд (представьте себе объект с массой нашего Солнца, но при этом с размером с нашу Землю). Поэтому для того, чтобы вытягивать из него материю, объекту потребуется обладать действительно мощной силой гравитации.

«Мы думаем, что звезда теряла под воздействием черной дыры запасы своих газов в течение десятков миллионов последних лет и к настоящему моменту утратила большую часть своей массы», — комментирует исследователь Джеймс Миллер-Джонс из австралийского Университета Кертина.

Однако самые интересные новости были связаны с тем, что на базе регулярных изменений в интенсивности рентгеновского излучения звезды ученые смогли установить, что у белого карлика уходит всего 28 минут на совершение полного оборота вокруг черной дыры, что делает его чемпионом среди подобных «грязных танцев».

«До этого открытия самой близко расположенной к черной дыре звездой был объект, расположенный в системе MAXI J1659-152. Его орбитальный период составляет всего 2,4 часа», — продолжает Миллер-Джонс.

Если (а такое действительно может быть) обе черные дыры в своих системах имеют одинаковую массу, то радиус орбиты звезды в системе MAXI J1659-152 будет в таком случае в три раза больше, чем у звезды системы X9. Дистанция между объектами в системе X9 составляет 1 миллион километров, что примерно в 2,5 раза больше расстояния от нас до Луны. Дальнейшие расчеты говорят, что звезда за полчаса проходит расстояние примерно в 6,3 миллиона километров, что дает нам скорость в 12 600 000 километров в час. А это, в свою очередь, – примерно 1 процент от скорости света.

Несмотря на впечатляющие цифры, статья исследователей в настоящий момент еще пока только ожидает рецензирования сообществом физиков на сайте arXiv.org. Тем не менее представленная в ней информация может носить практическое значение в будущем.

«Открытие такого редкого типа черных дыр важно, потому что они могут не только рассказать нам о конечных днях жизни звезд, превращающихся в сверхновые, но еще и потому, что они продолжают играть свою роль в эволюции других звезд после своей гибели», — комментирует Герейнт Льюис из Сиднейского университета.

Ученые отмечают, что наши «космические любовники» не собираются коллапсировать в ближайшее время и продолжают свой смертельный танец без сближения белого карлика к чреву черной дыры. Более того, есть подозрение, что раньше оба объекта находились на более близком друг к другу расстоянии или по крайней мере белый карлик имел еще более высокую скорость вращения. Для доминирования гравитации черной дыры над силой гравитации самого белого карлика объектам необходимо находиться ближе к друг к другу, но сближаться они пока не намерены. И все же со временем весь материал звезды в конечном итоге, без сомнений, будет поглощен черной дырой, сообщают ученые.

«В конечном итоге белый карлик потеряет столько материи, что его масса станет эквивалентной массе обычной планеты», — говорит исследователь Крейг Хейнке. – «Если и после этого он продолжит терять свою массу, то в конце концов полностью испарится».

Для ученых будущего такие новости не могут не вызывать радость, так как это станет отличной возможностью для прямого наблюдения и изучения гравитационных волн. В настоящий момент даже самый мощный лазерный интерферометр лаборатории по наблюдению за гравитационными волнами не способен уловить слабую пульсацию, излучаемую звездой X9, однако в будущем технологии несомненно позволят ученым определять волны малой частоты. К тому же никто не отрицает возможности, что к тому времени мы сможем обнаружить еще более интересные катаклизмические звезды, двигающиеся с еще более высокими скоростями.