Звездотрясения раскрыли бурное прошлое красного гиганта в системе с черной дырой

ИИ-изображение красного гиганта, вращающегося вокруг спокойной черной дыры в системе Gaia BH2. Автор: ESO/L. Calçada/Space Engine

Астрономы из Института астрономии Гавайского университета раскрыли бурное прошлое далекого красного гиганта, «прислушиваясь» к его небесной «песне». Слабые колебания яркости звезды указывают на то, что она, возможно, когда-то столкнулась и слилась с другой звездой — взрывное событие, которое заставило ее быстро вращаться. Теперь она обращается вокруг спокойной черной дыры в системе Gaia BH2.

Используя данные спутника NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), астрономы зафиксировали слабые «звездотрясения», распространяющиеся по звезде-компаньону в системе Gaia BH2. Эта система с черной дырой была впервые идентифицирована миссией «Гайя» Европейского космического агентства в 2023 году.

Подобно тому, как сейсмические волны раскрывают внутренние слои Земли, эти звездные колебания позволили ученым заглянуть под поверхность звезды и с высокой точностью измерить свойства ее ядра. Результаты исследования команды были опубликованы в The Astronomical Journal.

«Так же, как сейсмологи используют землетрясения для изучения недр Земли, мы можем использовать звездные осцилляции, чтобы понять, что происходит внутри далеких звезд, — сказал ведущий автор исследования Дэниел Хей. — Эти вибрации рассказали нам кое-что неожиданное об истории этой звезды».

Звезда, бросающая вызов возрасту

Самым большим сюрпризом стал состав звезды. Она считается «богатой альфа-элементами», то есть содержит много тяжелых элементов, которые обычно встречаются у гораздо более старых звезд, что намекает на ее древний возраст. Однако, изучив ее колебания, ученые обнаружили, что ей всего около 5 миллиардов лет — слишком мало для звезды с таким химическим составом.

«Молодые, богатые альфа-элементами звезды довольно редки и загадочны, — пояснил Хей. — Сочетание молодости и древней химии предполагает, что эта звезда эволюционировала не в изоляции. Вероятно, она приобрела дополнительную массу от компаньона — либо в результате слияния, либо поглотив материал при формировании черной дыры».

Быстрее, чем ожидалось

Загадка усугубляется долгосрочными наблюдениями с наземных телескопов, которые показывают, что звезда совершает один оборот вокруг своей оси за 398 дней — значительно быстрее, чем ожидалось для изолированного красного гиганта ее возраста.

«Если это вращение реально, его нельзя объяснить лишь начальным вращением звезды, — сказал соавтор Джоэл Он, стипендиат программы NASA Hubble в IfA. — Звезда должна была быть «раскручена» приливными взаимодействиями со своим компаньоном, что дополнительно подтверждает идею о сложной истории этой системы».

Команда также изучила систему Gaia BH3, другую систему с черной дырой, у которой звезда-компаньон еще более необычна. Хотя модели предсказывали, что эта звезда должна демонстрировать четкие осцилляции, они обнаружены не были, что намекает на возможную необходимость пересмотра текущих теорий о чрезвычайно бедных металлами звездах.

И Gaia BH2, и BH3 являются системами со спящими черными дырами, то есть они не поглощают вещество своих звезд-компаньонов и потому не испускают рентгеновских лучей. Их открытие с помощью точных измерений звездного движения меняет представления астрономов о черных дырах в нашей галактике.

Взгляд в будущее

Будущие наблюдения TESS за системой Gaia BH2 позволят ученым детальнее изучить звездные колебания и, возможно, подтвердить, сформировалась ли она в результате прошлого слияния, что поможет раскрыть происхождение этих тихих пар с черными дырами.

Больше информации: Daniel Hey et al, Asteroseismology of the Red Giant Companions to Gaia BH2 and BH3, The Astronomical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-3881/ae0e25

Источник: University of Hawaii at Manoa