Астрономы открыли первую в истории наблюдений тройную звёздную систему с чёрной дырой

Нашумевшая «Задача трёх тел» китайского писателя-фантаста Лю Цысиня наглядно показала, насколько неустойчивым и поэтому редким явлением во Вселенной может быть звёздная система из трёх объектов звёздной массы (звёзд или чёрной дыры). Тем удивительнее стало открытие такой системы, в центре которой впервые была обнаружена чёрная дыра.

Художественное представление системы V404 Лебедя (чёрная дыра разрывает ближайшую звезду и удерживает далёкую). Источник изображения: Jorge Lugo

Источником информации для открытия стали собранные европейским астрометрическим спутником «Гайя» (Gaia) данные. Этот аппарат создаёт динамический трёхмерный каталог звёзд в Млечном Пути и немного за его пределами. «Гайя» определяет вектор и скорость движения звёзд, что позволяет определить гравитационно-связанные объекты и выявить двойные и даже тройные системы.

Согласно данным измерений «Гайи», изначально считавшаяся двойной системой V404 Лебедя (Cygni) включает в себя третью звезду. Система удалена от Земли на 7800 световых лет. Недалеко от компактного центра в виде чёрной дыры звёздной массы и разрываемой ею близкой звезды с орбитальным периодом в 6,5 суток находится третья звезда, по-видимому, гравитационно связанная с системой. Нюанс в том, что эта звезда находится на удалении 3500 а.е. от чёрной дыры и делает полный оборот вокруг неё за 70 тыс. лет. Эта звезда была видна и раньше, но только измерения «Гайи» смогли показать её связь с двумя центральными объектами.

Собственно, в такой конфигурации пресловутая задача трёх тел решается положительным образом — такая система будет гравитационно устойчивой условно бесконечно долгое время. Суть открытия в другом — гравитационная привязка третьей далёкой звезды к центральной паре настолько слабая, что в данной ситуации кажется невозможной.

Слева изображение центральной пары и далёкой звезды в оптике, справа — в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: Nature 2024

Дело в том, что центральная чёрная дыра должна была образоваться в результате взрыва сверхновой, сбросить внешнюю оболочку и коллапсировать ядром. Все эти бурные проявления должны были бы разорвать слабую гравитационную связь с третьей звездой. Этого не произошло бы только в том случае, если бы коллапс произошёл без взрыва сверхновой. Такое явление теоретически возможно, но его сложно обнаружить и подтвердить наблюдениями (сверхновую будет видно в любом случае).

Моделирование ситуации с системой Лебедя V404 показало, что коллапс центральной звезды внутрь — это наиболее вероятный сценарий для описания того, что астрономы увидели в данных «Гайи» и последующих наблюдениях за системой. Сразу же возник вопрос — это так повезло, или тройные системы с чёрными дырами — это непременный или часто случающийся этап эволюции чёрных дыр? Ответ на него могут дать только последующие наблюдения.