Ученые обнаружили в созвездии Близнецов крайне необычную черную дыру, чья масса превышает солнечную как минимум в 69 раз. Ее существование в Млечном Пути объяснить еще сложнее, чем наличие сверхтяжелых черных дыр в далеких галактиках, найденных недавно гравитационными телескопами, пишут исследователи в журнале Nature.

"Мы всегда думали, что самые крупные звезды нашей Галактики должны терять большую часть массы на последних фазах своей жизни. По этой причине они в принципе не могут порождать столь крупные черные дыры - ее масса почти в два раза выше, чем то, что мы считали возможным. Теперь теоретикам придется задуматься о том, как возникают такие объекты", - отмечает Цзифэн Лю, профессор Национальной астрономической обсерватории КНР при Китайской академии наук, чьи слова приводит пресс-служба КАН.
На сегодняшний день ученые выделяют две категории черных дыр, радикально различающиеся по массе. Сверхмассивные черные дыры обитают в центрах галактик, они тяжелее Солнца в миллионы или даже миллиарды раз. Существуют и менее крупные объекты, так называемые черные дыры звездной массы, возникающие в результате гравитационного коллапса крупных светил.
Долгое время астрономы считали, что все подобные черные дыры укладываются в очень узкий диапазон масс, от 10 до 50 солнечных масс, связанный с особенностями процесса гибели их прародителей. Они одновременно не могут быть слишком маленькими, так как тогда ядро звезды не сможет превратиться в черную дыру, и большими, так как светило взорвется и разлетится на части еще до рождения сингулярности.
Эта идея была поставлена под сомнение в июле 2017 года, когда гравитационная обсерватория LIGO обнаружила следы слияния двух сверхмассивных черных дыр, одна из которых была тяжелее Солнца более чем в 51 раз. Последующие открытия гравитационных телескопов указали на то, что черные дыры, чья масса близка к этому пределу, встречаются во Вселенной довольно часто. Это заставило астрофизиков задуматься о том, как могли возникнуть подобные черные дыры, и где их чаще всего можно найти.
Цзифэн Лю и его коллеги открыли первый наглядный пример существования подобной "невозможно тяжелой" черной дыры в нашей Галактике, используя методику, которую их американские коллеги недавно применили для открытия 2MASS J0521, самой небольшой черной дыры звездной массы внутри Млечного Пути.
Невидимый супертяжеловес
"Технология" их поисков опирались на одно простое соображение. Если черная дыра находится в космосе не одна, а в компании одной или большего числа звезд, то ее притяжение будет вызывать особые "качания" в спектре светила. Они будут возникать из-за того, что звезда и черная дыра не стоят на месте, а вращаются друг вокруг друга, из-за чего светило будет периодически двигаться в сторону наблюдателей на Земле или удаляться от них.
Эти сближения и удаления будут сдвигать спектр свечения, вырабатываемого звездой, в красную или синюю сторону, подобно тому, как сирена скорой помощи кажется пешеходу более высокой в тот момент, когда машина сближается с ним и более низкой по мере ее удаления. Опираясь на эту идею, ученые проследили за тем, как меняется спектр примерно трех тысяч звезд, расположенных в созвездии Близнецов, используя телескоп LAMOST.
Отобрав несколько самых крупных и тяжелых звезд, чей спектр периодически менялся "подозрительным" образом, астрономы сопоставили эти замеры с тем, как менялась яркость этих светил в других регионах электромагнитного спектра. Это позволило им определить размеры, массу и предполагаемую плотность невидимых или малозаметных спутников данных звезд.
Внимание астрономов привлекла звезда LB-1, молодой голубой гигант, удаленный от Земли примерно на 15 тысяч световых лет. Когда они проанализировали "качания" спектра этого светила, они обнаружили, что оно вращается вокруг невидимого спутника, совершая один оборот за примерно 80 дней.
Масса этой черной дыры оказалась аномально высокой - она примерно в 69 раз тяжелее Солнца, что не укладывается не только в рамки классической астрофизики, но и новых гипотез, объясняющих то, как возникли подобные сверхтяжелые объекты в далеких и древних галактиках, открытые LIGO. Эти новые противоречия связаны с тем, что звезды в нашей Галактике содержат в себе слишком много астрономических "металлов", элементов тяжелее водорода и гелия. Поэтому они не могут достигать особо крупных размеров, характерных для первых звезд Вселенной, состоявших из почти чистой первичной материи мироздания.
Дальнейшие наблюдения и открытия других космических "супертяжеловесов", как надеются Цзифэн Лю и его коллеги, помогут астрономам понять, что породило эти черные дыры, где они возникают и почему они, несмотря на соседство с крупной звездой, почти не поглощают материю и не вырабатывают пучки рентгена и других электромагнитных волн.