Астрономы выяснили, что у двойной рентгеновской звезды v404 Лебедя есть третий, отдалённый элемент. Это не только необычный пример системы с чёрной дырой в составе, но и дополнительная деталь в пазле “как именно вспыхивают сверхновые”.
Чёрные дыры возникают при гибели массивных звёзд, если их масса превышает массу Солнца хотя бы втрое. Кроме того, чёрные дыры могут сливаться друг с другом, а в центрах галактик найдены сверхмассивные чёрные дыры с массами вплоть до нескольких сотен миллиардов солнечных. Объект, о котором идёт речь в новой статье американских астрономов в журнале Nature — двойная звездная система v404 Лебедя с чёрной дырой «обычной», то есть в несколько раз больше Солнца, массой.
Буква «v» в имени системы обозначает переменную (variable) звезду. Её открыли благодаря вспышке 1938 года — тогда астрономы отметили v404 Лебедя как новую звезду. Впрочем, в современном понимании новой она не была, поскольку новая предполагает пару из обычного светила и белого карлика, а не чёрной дыры.
Новая звезда — не звезда, а событие, резкое увеличение яркости светила. Происходит за счёт термоядерных реакций в веществе, которое собрано вокруг белого карлика. И новые нельзя путать со сверхновыми: сверхновая звезда это взрыв намного большей мощности — либо термоядерный взрыв заметной части светила, либо катастрофическое схлопывание массивной звезды в чёрную дыру. Чёрная дыра в v404 Лебедя возникла, видимо, именно схлопыванием звезды-предшественника.
Спустя ещё полстолетия, в 1989 году, японская спутниковая обсерватория Ginga зафиксировала вспышку v404 Лебедя уже в рентгеновском диапазоне. Проанализировав спектры её излучения в видимом и инфракрасном излучении, международный коллектив исследователей в начале 1990-х годов пришёл к выводу о существовании у видимой звезды невидимого спутника — чёрной дыры. Чёрную дыру удалось обнаружить за счёт как влияния на движение видимого светила, так и за счёт сформировавшегося вокруг аккреционного диска — которые, в свою очередь, выявили спектральным анализом.
Аккреционный диск, вращающееся облако из поглощаемого вещества соседней звезды, превращает чёрную дыру из пассивного объекта в активный компонент мощного излучателя. Если одиночная чёрная дыра фактически невидима, то диск даёт целый ряд эффектов: вспышки света и рентгеновского излучения, а также пучки выбрасываемых вдоль оси вращения чёрной дыры частиц из диска. Всё это продолжает активно изучаться.
Группа исследователей из США обнаружила, что рядом с v404 находится ещё одна обычная звезда. Слово “рядом”, впрочем, поначалу означало лишь “на небольшом угловом расстоянии” — так как снимки с Земли не дают трёхмерной картины. Но данные с автоматической спутниковой обсерватории Gaia также показали, что это небесное тело ещё и движется по небу с той же скоростью, что и v404 — а это уже маловероятное совпадение. Настолько маловероятное, что сами авторы оценивают вероятность случайного совпадения в одну десятимиллионную — звезда почти наверняка действительно находится неподалеку. По космическим меркам, разумеется, речь идёт о дистанции порядка 3500 астрономических единиц — в 90 раз больше радиуса орбиты Плутона.
Таким образом, теперь система v404 Лебедя выглядит так: обычная звезда спектрального класса К (красная звезда меньше и тусклее Солнца) обращается вместе с чёрной дырой (9 масс Солнца) вокруг общего центра масс. Расстояние между ними меньше, чем орбита Меркурия — поэтому чёрная дыра медленно «доедает» свою соседку. Этот процесс, к слову, уже привёл к потере родительской звездой значительной части своего вещества — вплоть до половины массы Солнца. А вот третье светило, которое удалось сфотографировать при помощи “Хаббла” и наземного телескопа в обсерватории Кек — сохранилось намного лучше благодаря своей удалённости. Она чуть массивнее и горячее Солнца, и если бы не связанные с чёрной дырой процессы, то именно эта ранее не привлекавшая внимания астрономов звезда была бы заметнее для земных наблюдателей.
Вопрос о том, считать ли чёрную дыру “небесным телом” мы вынесем за скобки. У неё нет наблюдаемой поверхности и мы принципиально не можем как-то заглянуть внутрь — в то время как о происходящем внутри звёзд и планет можно узнать по, скажем, их магнитным полям. Чёрная дыра скорее область пространства-времени, откуда не может выбраться даже свет — и, значит, ничто иное тоже.
Наличие третьего небесного тела не просто делает систему v404 отличной от уже известных пар из звезды и чёрной дыры. Это ещё и новая информация о том, как такие системы появляются: вспышка сверхновой с коллапсом массивной звезды должна была пройти без передачи будущей чёрной дыре и соседнему светилу заметного импульса, без “толчка”, как пишут сами учёные (используя термин natal kick, буквально “толчок при рождении”). Величина этого импульса была относительно невелика, иначе бы третье светило оттолкнуло бы прочь — и сейчас мы бы не увидели тройной системы. “Безтолчковость” вспышки сверхновой, в свою очередь, интересная информация о том, как гибнут звёзды и как они превращаются в самые экстремальные объекты Вселенной, чёрные дыры.
