Астрономы нашли маленькую чёрную дыру в необычной двойной системе

Художественное изображение двойной системы G3425, включающее видимый красный гигант и невидимую маломассивную черную дыру. Автор: Wang Song

Китайские исследователи обнаружили многообещающую черную дыру с массовой щелью, используя методы лучевой скорости и астрометрии. Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy 10 сентября и было проведено группой под руководством доктора Ван Суна, ассоциированного научного сотрудника из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук (NAOC).

За последние шесть десятилетий ученые обнаружили два десятка черных дыр звездной массы с помощью рентгеновских методов. Распределение масс этих черных дыр, в основном от 5 до 25 солнечных масс, показывает дефицит черных дыр с массой от 3 до 5 солнечных масс.

Хотя недавние гравитационно-волновые наблюдения, проведенные лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией, выявили существование компактных объектов в этом массовом зазоре, вопрос о том, могут ли маломассивные черные дыры существовать в двойных системах, остается предметом дискуссий. Ожидалось, что такая система будет невзаимодействующей и без рентгеновского излучения, и ее можно будет искать с помощью методов лучевой скорости и астрометрии.

Используя данные спектроскопии, полученные с помощью многообъектного волоконно-оптического спектроскопического телескопа большого неба (LAMOST), и астрометрические данные Gaia, в этом исследовании был проведен поиск двойных звезд, содержащих компактные компоненты.

Исследователи обнаружили маломассивный темный объект, расположенный в двойной системе G3425. Видимая звезда — красный гигант с массой около 2,7 солнечных масс, в то время как масса темного объекта составляет около 3,6 солнечных масс с диапазоном от 3,1 до 4,4 солнечных масс. Никакого светового вклада от других компонентов в системе, кроме красного гиганта, нет, что доказывает, что темный компаньон — это черная дыра, масса которой попадает в разрыв масс.

Что еще более примечательно, G3425 — это широкая двойная звезда с орбитальным периодом около 880 дней и близким к нулю эксцентриситетом. Исследователи обнаружили, что трудно объяснить ее формирование с помощью стандартных двойных эволюционных процессов. Следовательно, формирование этой удивительно широкой круговой орбиты бросает вызов современным теориям двойной эволюции и взрыва сверхновой.

Исследование показывает, что объединение лучевой скорости и астрометрии может эффективно обнаруживать неподвижные компактные объекты в двойных системах. Эта интригующая система настоятельно предполагает существование двойных систем, содержащих маломассивные черные дыры, и может предоставить новые сведения о формировании и эволюции двойных систем.

Больше информации: Song Wang et al, A potential mass-gap black hole in a wide binary with a circular orbit, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02359-9

Источник: Chinese Academy of Sciences