Бешеное вращение. Расположенная в космическом соседстве с нами черная дыра Лебедь Х-1 (Cygnus X-1) вращается быстрее, чем любая другая известная звездная черная дыра. Как обнаружили астрономы. она движется со скоростью, близкой к максимально возможной. Кроме того, Лебедь X-1 с массой около 21 массы Солнца более массивен, чем считалось возможным для черных дыр в таких системах. Это может указывать на необычно слабый звездный ветер у звезды-предшественницы, пишут исследователи на страницах специализированного журнала Science.
В двойной системе Лебедя X-1 черная дыра высасывает вещество из своего компаньона, голубой звезды-гиганта. При этом испускается сильное рентгеновское излучение. © International Centre for Radio Astronomy Research
Собственно говоря, Лебедь X-1 - это старый знакомый. Эта близкая двойная система, состоящая из массивной звезды и черной дыры, была открыта еще в 1964 году. В тот год было обнаружено интенсивное рентгеновское излучение системы. Ее признаки предполагали, что один из партнеров должен был быть чрезвычайно компактным объектом - изначально было неясно, нейтронная это звезда или все же черная дыра.
В 1974 году британский физик Стивен Хокинг поспорил со своим американским коллегой Кипом Торном, что там нет черной дыры. Но он ошибался. Теперь же Лебедь X-1 считается первой когда-либо обнаруженной звездной черной дырой.
В визире радиотелескопа
Но, как оказалось, Лебедь X-1 способен предложить еще несколько сюрпризов. Астрономы во главе с Джеймсом Миллер-Джонсом из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) в Австралии обнаружили это, когда наблюдали Лебедь X-1 с помощью десяти радиотелескопов системы Very Long Baseline Array. Цель состояла в том, чтобы определить точное расстояние и орбиту черной дыры и ее партнера как можно более точно, потому что предыдущие данные об этом были весьма противоречивыми.
Для этого астрономы использовали метод сдвига параллакса. «Если мы наблюдаем за объектом из разных мест, мы можем определить расстояние до него по тому, насколько этот объект смещается перед фоном», - объясняет Миллер-Джонс. Таким образом, они отслеживали положение двойной системы в течение шести дней и, соответственно, проследили полную орбиту черной дыры, после чего сравнили данные с предыдущими наблюдениями 2011 года.
Поскольку положение Земли и черной дыры меняется в ходе наблюдений, видимое смещение Лебедя X-1 на фоне звезды показывает расстояние до него. © International Centre for Radio Astronomy Research
Тяжелее, чем допускается теорией.
Результат оказался таковым: Лебедь X-1 находится немного дальше, чем считалось ранее. Он расположен в 7 170 световых годах от нас. Но это также означает, что звезда и черная дыра должны быть тяжелее, чем ожидалось. Потому что их масса рассчитывается из яркости звезды и взаимного действия силы тяжести обоих партнеров. Также это можно увидеть по орбитам и по слабым кувыркам во вращении звезды. В частности, астрономы определили массу звезды Лебедь X-1, голубого сверхгиганта, в 40 солнечных масс.
Однако еще более удивительной оказалась масса черной дыры. Как сообщают исследователи, ее масса достигает 21 солнечной массы. Однако это не только делает ее намного тяжелее, чем предыдущие оценки в 14,8 солнечных масс, но и массивнее, чем вообще считалось возможным для таких объектов в двойных рентгеновских системах. «Черная дыра в Лебеде X-1 должна была образоваться как звезда, масса которой примерно в 60 раз превышала массу Солнца», - объясняет соавтор работы Илья Мандель из Университета Монаша.
Однако, согласно астрофизическим моделям, массивные звезды в двойных системах, прежде чем коллапсируют в черную дыру, теряют большую часть своего материала. «Эти потери вызваны сильным звездным ветром, который уносит материал с поверхности в космос», - объясняет Мандель. Чтобы оставить после себя такую массивную черную дыру, звезда-предшественница Лебедя X-1 должна была потерять меньше материала под действием звездного ветра, чем предполагают модели. Возможно, что теперь эти модели придется корректировать.
Самое быстрое вращение черной дыры
Но Лебедь X-1 приготовил астрономам еще один сюрприз: черная дыра системы вращается чрезвычайно быстро. «С помощью новых значений массы и расстояния я смог подтвердить, что черная дыра Лебедь X-1 вращается невероятно быстро», - говорит соавтор Сюешань Чжао из Национальной астрономической обсерватории в Пекине. - «Она вращается очень близко к скорости света и, следовательно, быстрее, чем любая другая известная черная дыра».
Пока что непонятно, почему черная дыра вращается так быстро. Но исследователи предполагают, что она не могла получить достаточный импульс от поглощения материала соседней звезды. Дело в том, что этой черной дыре всего около четырех миллионов лет, так что для реализации этого механизма прошло слишком мало времени. Поэтому более вероятно, что черная дыра унаследовала быстрое вращение от ядра своей родительской звезды.
0
