Нещодавно відкрита чорна діра має масу, що в 33 рази перевищує масу Сонця. Це значно перевищує попередній рекорд для зоряної чорної діри в нашій галактиці, який становив близько 20 мас Сонця, і допомогло підтвердити теорії про те, як міг утворитися об’єкт такої маси.
Найбільші зорі закінчують своє життя як наднові, що утворюють чорні діри від своїх катастрофічних вибухів. Ці чорні діри мають значно меншу масу, ніж зорі, з яких вони утворилися, тому що так багато було викинуто протягом їхнього життя і під час вибуху наднової.
Без сумніву, в нашій галактиці ховається багато таких чорних дір, які ми маємо мало шансів помітити. На щастя, значна частина вибухнувших зірок були частиною подвійних систем, а іноді навіть більших груп, коли вони жили. Деякі компаньйони відкидаються силою наднової і блукають галактикою на самоті, але ті, що масивніші або віддаленіші, виживають і обертаються навколо чорної діри, сповіщаючи нас про її присутність.
Коли спостерігається регулярне коливання зірок, це означає, що на них впливає гравітація якогось іншого об’єкта. Іноді це може бути слабша зірка, яку ми не бачимо, або навіть планета, але у випадку з новим відкриттям це неможливо. Об’єкт, що змушує зорю 2MASS J19391872+1455542 робити 11,6-річне коло, має масу в тисячі разів більшу, ніж найбільша планета. Якби це була зірка, вона була б настільки яскравою, що ми, ймовірно, могли б побачити її неозброєним оком.
Невидима маса такого розміру має бути чорною дірою – приблизно на 50 відсотків більшою, ніж Cygnus X-1, попередній найбільший відомий залишок такого вибуху в нашій галактиці.
Відкриття було зроблено шляхом аналізу даних телескопа Gaia, який відстежує рухи зірок з приголомшливою точністю. Це вже третій випадок, коли подібні пошуки призводять до подібних відкриттів, тому об’єкт отримав назву Gaia BH3. Окрім своєї величезної маси, Gaia BH3 знаходиться на відстані 2 000 світлових років у сузір’ї Аквіла – не зовсім поруч, але якби Чумацький Шлях був великим містом, це було б найближче передмістя.
“Ніхто не очікував знайти чорну діру великої маси, що причаїлася неподалік і досі не була виявлена”, – сказав Паскуале Пануццо з Паризької обсерваторії в своїй заяві. “Таке відкриття можна зробити лише один раз у своєму дослідницькому житті”.
Спостереження Gaia самі по собі можуть мати якусь іншу причину, але велика міжнародна команда використала Дуже великий телескоп (VLT) Європейської південної обсерваторії, щоб підтвердити вимірювання і виявити більше.
Можна було б очікувати, що якщо такі об’єкти можна не помітити у власній галактиці, то ми нічого не знатимемо про їхню присутність деінде. На диво, це не так. Гравітаційні хвилі попередили нас про існування ще більших зоряних чорних дір за мільярди світлових років від нас. Однак, оскільки це працює лише тоді, коли зіштовхуються два об’єкти, чиї взаємні орбіти розпадаються, це трапляється дуже рідко, і ми знаємо лише про кілька випадків, і всі вони відбулися на величезних відстанях.
Робоча гіпотеза астрономів щодо таких великих чорних дір, які перевершили очікування, полягає в тому, що вони походять від дуже бідних на метали зірок: тих, що утворилися майже повністю з водню і гелію, які утворилися під час Великого вибуху. Такі зорі мали потенціал бути набагато масивнішими, ніж ті, що існують у сучасному Всесвіті. Також вважається, що вони втрачають менше маси через зоряний вітер, зберігаючи її до утворення чорних дір.
Ця ідея має сенс, але ми не можемо довести її, використовуючи чорні діри, виявлені за допомогою гравітаційних хвиль. Це змінилося з Gaia BH3. Зорі в подвійних системах зазвичай мають схожий склад, за винятком рідкісних випадків, коли вони утворилися не разом, або дещо більш поширених, коли одна зоря з’їла планету, достатньо велику, щоб помітно підвищити вміст металів у ній.
Використовуючи ультрафіолетовий та візуальний ешелонований спектрограф VLT, д-р Елізабетта Каффау та співавтори підтвердили, що J19391872+1455542 справді дуже бідна на метали, що робить цілком імовірним, що зоря, яка стала Гайя BH3, була такою ж. J19391872+1455542 – дуже стара зоря, як і слід було очікувати для такої бідної на метали, і, незважаючи на те, що її маса становить три чверті маси Сонця, вона почала процес перетворення на червоного гіганта.
Повний аналіз Gaia BH3 буде зроблений щонайменше наприкінці 2025 року, але команда, відповідальна за відкриття, хотіла дати шанс іншим астрономам поглянути на неї самостійно, максимізуючи можливості дізнатися більше.