Астрофизики делают ставки, что будет, если проснётся уникальная спящая чёрная дыра в туманности Тарантул. Пока не очень понятно, как эта подозрительная "тихоня" проявит себя в будущем...

Где находится самый большой телескоп

18 июля группа учёных сообщила об открытии системы, состоящей из спящей чёрной дыры массой в девять Солнц и горячей голубой звезды. Уникальный объект расположен за пределами Млечного Пути, в 160 тысячах световых лет от Земли. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.


Это плод шести лет наблюдений с помощью прибора FLAMES (Fiber Large Array Multi Element Spectrograph), установленного на VLT ("Очень большой телескоп"), принадлежащем Европейской южной обсерватории. В центре внимания сама спящая чёрная дыра, получившая маркировку VFTS 243. Это единственный такого рода объект за пределами Млечного Пути из известных науке на сегодняшний день. Привычными методами идентифицировать спящую чёрную дыру было бы нереально. Но, к счастью, на помощь пришёл телескоп VLT.


Аппарат относится к классу MegaScience, то есть к исследовательским комплексам с фундаментальной научной программой, международным штатом учёных, колоссальным финансированием. Хоть VLT и крупнейший европейский проект, расположен он в Чили, в самой сухой пустыне — Атакама, там почти не бывает осадков, помехи для наблюдения минимальные. От идеи создания VLT до объединения четырёх зеркал комплекса VLT в единую систему прошло 59 лет, только на поиск площадки под строительство ушло 10 лет. Среди оптических телескопов VLT является самым большим на планете по общей площади зеркал и имеет наибольшую разрешающую способность в мире. "Очень большой телескоп" оснащён широким спектром приборов для наблюдения волн разного диапазона — от ближнего ультрафиолетового до среднего инфракрасного, где он способен получать изображения в четыре раза более чёткие, чем у телескопа "Хаббл". Ну и для справки: весит VLT 350 тонн, его вращающийся купол сопоставим по размеру с футбольным полем, стоимость — приблизительно 1 млрд евро. Хоть это и самый большой оптический телескоп на сегодняшний день, в 2027 году планируют открыть E-ELT ("Экстремально большой телескоп"), но это уже другая история.
Телескоп VLT изучает процессы разрушения протопланетных дисков, в 2016 году с его помощью получили сверхчёткие снимки Юпитера, в 2018-м — фотографии планеты Нептун, а также шарового звёздного скопления NGC 6388, в 2019-м впервые в истории оптический телескоп позволил наблюдать за экзопланетой (планета вне Солнечной системы). Два года назад с помощью VLT учёные получили снимок планетарной туманности NGC 2899 сверхвысокой чёткости. Новое открытие — первая в истории астрофизики спящая чёрная дыра за пределами Галактики.


Чёрные дыры во Вселенной за пределами Млечного Пути

Чёрные дыры были предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна. Эти объекты крайне сложно идентифицировать (ведь они из разряда "чернее чёрных чернил") за счёт того, что кванты света из-за чудовищной гравитации, действующей в чёрной дыре, не могут покинуть её пределов. Чёрные дыры звёздной массы образуются при схлопывании звёзд в десятки раз больше Солнца под действием собственной гравитации. Их появлению предшествует образование сверхновой. Чёрная дыра искривляет пространство и время и за счёт этого влияет на движение звёзд и света. Фактически чёрные дыры обозначили переход от Вселенной, где главенствуют законы механики, к Вселенной, где во главу угла поставлены законы искривления пространства-времени.
Чёрную дыру невозможно идентифицировать по оптическому излучению — там его нет, но можно это делать по рентгеновскому излучению (излучению Хокинга). Оно образуется за счёт работы аккреционного диска. Это остатки вещества, захваченного чёрной дырой с поверхности соседних звёзд, и остатки разорванных звёзд и других космических объектов, которые поглотила чёрная дыра.


Но дело в том, что чёрная дыра VFTS 243, существующая в бинарной системе в паре с голубой звездой, уникальна. Породившая её звезда схлопнулась без лишнего шума и положенного мощного взрыва. Но самое главное, VFTS 243 не выделяет излучения Хокинга. То есть, если следовать привычной логике, открыть её было невозможно. Оптический диапазон — мимо, рентгеновский — мимо. Как же её идентифицировать? Команда ESO использовала метод "спектрального распутывания". Это когда изучается излучение от нескольких звёздных пар (оно, как правило, сливается в один рисунок), а затем методом исключения выявляют, какая из звёзд не имеет излучения, то есть спит. Спит, но воздействует на свойства второй звезды в своей паре, в данном случае — горячей голубой звезды.
Таким образом, VFTS 243 является чёрной дырой. Для того чтобы это доказать, пришлось распутать спектры 1000 массивных звёзд в туманности Тарантул в пределах Большого Магелланова Облака.
Масса голубой звезды в 25 раз больше массы Солнца, масса чёрной дыры VFTS 243 равна массе девяти Солнц. Этот объект уникален, как утверждают учёные.

Минимальная масса спутника означает, что это чёрная дыра. Никакая другая чёрная дыра, не пропускающая рентгеновское излучение, однозначно не известна за пределами нашей Галактикиотмечает научный сотрудник Амстердамского университета Томер Шенар

Сколько чёрных дыр во Вселенной

Если чёрные дыры сами по себе — одни из наиболее загадочных объектов во Вселенной, то VFTS 243 бьёт все рекорды. Фактически её генезис идёт вразрез с общепринятой моделью звёздной эволюции, согласно которой массивные звёзды вспыхивают как сверхновые, процесс сопровождается взрывом, а затем появляется либо нейтронная звезда, либо чёрная дыра. VFTS 243, судя по всему, образовалась не в результате вспышки сверхновой, а пошла по сценарию "прямого коллапса". Во время этого коллапса было выброшено не более 0,5 массы Солнца в виде звёздного вещества. Это очень мало. Когда-то считалось, что прямой коллапс — явление в образовании чёрных дыр исключительное и что для такого сценария нужна массивная звезда в 200–250 солнечных масс.
Это уникальный случай не только с точки зрения, что VFTS 243 — первый подобный объект, открытый за пределами нашей Галактики, но и с той, что до этого учёные отбраковали множество более очевидных кандидатов в чёрные дыры. А тут после шести лет наблюдений они полностью уверены в верности выводов.
Это доказывает предположение, что большая часть ещё не открытых чёрных дыр трудноуловима, а то, что лежит на поверхности, может вводить в заблуждение. В январе этого года итальянские учёные сделали вывод, что в пределах наблюдаемой Вселенной существует не менее 40 квинтиллионов (число с 18 нулями) чёрных дыр звёздной массы. И не менее трети из них образовались путём прямого коллапса, минуя этап сверхновой. Некоторые шутят: "Если VFTS 243 — спящая чёрная дыра, что же будет, когда она проснётся?"
При пробуждении спящей чёрной дыры провоцируется мощный выброс раскалённой плазмы. Три с половиной миллиона лет назад в центре Млечного Пути проснулась сверхмассивная чёрная дыра, после выброса раскалённой плазмы из которой образовался гигантский след. Его можно увидеть с расстояния 200 тыс. световых лет. Что касается VFTS 243, то примерно через 5 млн лет она поглотит звезду-компаньона, превратившись в двойную чёрную дыру, но процесс может занять ещё добрый десяток миллионов лет. Но, если вдуматься, во Вселенной миллиард миллиардов чёрных дыр, часть из которых неактивна, закрыта от исследователей. Но, поскольку чёрная дыра — динамичная система, ей свойственно просыпаться, расширяться, поглощать всё попадающее в зону гравитации, а также нарушать законы физики. При всех колоссальных усилиях, прилагаемых наукой к изучению чёрных дыр, человечество только на шаг приблизилось к их пониманию, но до сих пор не решило, опасны они для человечества или нет. Привлечение новых методов, как в случае со "спектральным распутыванием", а также вовлечение в работу таких телескопов, как E-ELT, возможно, позволит собрать пазл, который либо повергнет людей в ужас, либо перевернёт сознание человечества. Либо всё вместе и сразу.Источник: "Life"