При помощи приемника MUSE, смонтированного на Очень Большом Телескопе Европейской Южной обсерватории (ESO) в Чили, астрономы обнаружили в скоплении NGC 3201 звезду с очень странным поведением. Оказалось, что она обращается вокруг невидимой черной дыры с массой около четырех солнечных. Это первый случай регистрации неактивной черной дыры звездной массы в шаровом скоплении и первое прямое обнаружение черной дыры по ее гравитационному притяжению. Об открытии сообщает пресс-релиз ESO.
Шаровые звездные скопления представляют собой гигантские сферические рои из десятков и сотен тысяч звезд, расположенные на периферии большинства галактик. Это одни из самых старых из известных во Вселенной звездных систем: они возникли в начальную эпоху образования и эволюции галактик. Сейчас в Млечном Пути известно более 150 таких объектов. Скопление NGC 3201 находится в созвездии Парусов.
Бенжамин Гизерс (Benjamin Giesers) из университета Георга-Августа в Гёттингене и его сотрудники обнаружили, что одна из звезд в NGC 3201 ведет себя очень странно: колеблется со скоростью в несколько сотен тысяч километров в час, двигаясь то вперед, то назад с периодом в 167 дней. Бенжамин Гизерс был заинтригован такими движениями звезды: «Она движется по орбите вокруг чего-то совершенно невидимого, имеющего массу более четырех солнечных масс. И это «что-то» может быть только черной дырой – первой черной дырой, открытой в шаровом скоплении по прямой регистрации ее гравитационного притяжения!».
Считается, что в скоплениях с их огромными массами и возрастом должно было накопиться множество черных дыр звездной массы. Они возникают, когда массивные звезды заканчивают свое существование, резко сжимаясь под действием собственного тяготения и затем взрываясь в виде гиперновых. В результате большая часть массы звезды – от нескольких масс Солнца до нескольких десятков – превращается в черную дыру. В условиях отсутствия постоянного звездообразования, что и имеет место в шаровых скоплениях, черные дыры звездных масс быстро становятся самыми массивными объектами. В целом черные дыры звездных масс в шаровых скоплениях примерно вчетверо массивнее, чем окружающие их маломассивные звезды. Согласно последним теориям, эти черные дыры образуют в скоплении плотное ядро, которое изолируется от остального вещества скопления. Движения в центральной области скопления постепенно приводят к тому, что большинство черных дыр выбрасывается из скопления наружу, и спустя несколько миллиардов лет только несколько их остается в скоплении..
Благодаря созданному в ESO инструменту MUSE астрономы получили уникальную возможность одновременно измерять движения тысяч далеких звезд. С этим приемником Гизерс и его группа впервые смогли зарегистрировать неактивную, то есть не поглощающую вещество и не окруженную светящимся газовым диском – черную дыру в сердце шарового скопления. Измерив движения звезды, захваченной ее мощным гравитационным притяжением, астрономы смогли оценить ее массу. Из наблюдаемых параметров масса звезды равна примерно 0,8 солнечных. Тогда масса ее таинственного компаньона должна составлять около 4,36 Солнц, что очень хорошо согласуется с предположением о том, что это черная дыра.
Недавние обнаружения в шаровых скоплениях источников радиоволн и рентгеновского излучения, а также регистрация в 2016 году гравитационно-волновых сигналов, порожденных слиянием двух черных дыр звездных масс, свидетельствуют, что эти сравнительно небольшие черные дыры, возможно, встречаются в шаровых скоплениях чаще, чем прежде считалось.
Гизерс заключает: "До недавнего времени предполагалось, что почти все черные дыры должны были за короткое время исчезнуть из шаровых скоплений и следовательно, таких систем, как обнаруженная нами, вообще не должно быть! Теперь ясно, что это не так. Наше открытие — первая прямая регистрация гравитационного притяжения черной дыры звездной массы в шаровом скоплении. Это очень важно для понимания процессов формирования шаровых скоплений, эволюции черных дыр и двойных систем, и особенно источников гравитационных волн".
