Новые данные свидетельствуют о том, что первая известная черная дыра больше, чем считалось ранее, что может заставить ученых пересмотреть свое понимание того, как гигантские звезды порождают черные дыры.
Ученые считают, что черные дыры звездной массы, которые в несколько раз превышают массу Солнца, образуются, когда гигантские звезды умирают и коллапсируют сами по себе. Первой обнаруженной черной дырой был Лебедь X-1, расположенный в пределах Млечного Пути в созвездии Лебедя. Астрономы увидели первые признаки черной дыры в 1964 году через газ, который она высосала из близко вращающейся голубой звезды-сверхгиганта. Когда этот газ по спирали попал в черную дыру, он стал настолько горячим, что испускал высокоэнергетические рентгеновские и гамма-лучи, которые могли быть обнаружены спутниками.
Три исследования в 2011 году показали, что Лебедь X-1 находится примерно в 6070 световых годах от Земли, но новое исследование предполагает, что черная дыра на самом деле находится примерно в 7240 световых годах . Поскольку другие характеристики объекта рассчитываются на основе расстояния, новый расчет утверждает, что Cygnus X-1 намного больше, чем предполагали ученые.
Чтобы оценить расстояние до черной дыры, ученые используют так называемый метод параллакса, который исследует Лебедя Х-1 в сравнении с его фоном. "Если вы держите палец на расстоянии вытянутой руки и закрываете один глаз, а затем другой, вы увидите, что он [ваш палец], кажется, перемещается из одного места в другое по сравнению с более удаленными фоновыми объектами",-объясняет астрофизик Джеймс Миллер-Джонс из Международного центра радиоастрономических исследований Университета Кертина в Перте, Австралия, ведущий автор нового исследования и соавтор некоторых исследований 2011 года. "Используя ту же идею, вы можете вычислить, как далеко находился Лебедь X-1, глядя на него под разными углами, когда Земля вращалась вокруг Солнца".
В статье 2011 года был проанализирован свет звезды-компаньона черной дыры, чтобы помочь оценить диаметр звезды. Используя это измерение, исследователи вычислили другие детали партнерства, такие как масса черной дыры, предполагая, что она примерно в 14,8 раза больше, чем у Солнца .
Однако исследование 2011 года не собирало данных о черной дыре во время ее полной орбиты вокруг звезды-компаньона. Без этой информации предыдущие работы не могли полностью объяснить, как эти орбитальные движения могут влиять на оценки расстояния и массы. В новом исследовании Миллер-Джонс и его коллеги проанализировали наблюдения Cygnus X-1 с Очень длинной базовой системы (VLBA), гигантского радиотелескопа, состоящего из 10 тарелок, разбросанных по всей территории Соединенных Штатов в течение шести 12-часовых сеансов. Наблюдения проводились в течение нескольких дней подряд, исследователи отслеживали полную орбиту черной дыры. Используя метод параллакса на основе этих новых данных в сочетании с данными 2011 года, ученые обнаружили, что черная дыра может находиться дальше, чем считалось ранее, примерно в 7240 световых годах от Земли.
Эти новые открытия заставили исследователей пересмотреть модели движения звезды-компаньона Лебедя Х-1, что, в свою очередь, привело к новой оценке массы черной дыры-примерно в 21,2 раза больше массы Солнца. Этот размер делает Cygnus X-1 самой большой черной дырой звездной массы, обнаруженной на сегодняшний день световыми наблюдениями. (Гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, которые обнаруживают рябь в ткани пространства и времени, обнаружили более крупные черные дыры звездной массы, включая одну, примерно в 50 раз превышающую массу Солнца .)
Эти результаты показывают, что звезды, образующие черные дыры звездной массы, могут потерять не так много материала для ветра, как считалось ранее. "Масса черной дыры определяется тем, насколько массивной она была в начале", - сказал Миллер-Джонс. - Звезды теряют массу, когда ветер сдувает их с поверхности, а массивные звезды генерируют более сильные ветры. Самые массивные звезды могут иметь очень сильные ветры и терять много массы через них, прежде чем они образуют черные дыры."
Таким образом, новый гигантский размер Лебедя X-1 предполагает, что звезды, образующие черные дыры звездной массы, могут быть больше, чем считалось ранее. "Предыдущие модели предсказывали, что самая массивная черная дыра, которую должна образовать массивная звезда в нашей галактике Млечный Путь, должна быть примерно в 15 раз больше массы Солнца", - сказал Миллер-Джонс. "Таким образом, обнаружение массы, в 21 раз превышающей массу Солнца, означает, что мы должны пересмотреть наши оценки того, сколько массы теряют эти массивные звезды."
Обновленные оценки массы и расстояния до черной дыры также помогли выявить, что объект вращается очень близко к скорости света"быстрее, чем любая другая черная дыра, обнаруженная на сегодняшний день", говорится в заявлении соавтора исследования Сюэшаня Чжао из Китайской академии наук в Пекине.
И еще более крупные черные дыры звездной массы, возможно, ждут внимания ученых. "Лебедь Х-1-едва ли самая массивная черная дыра звездной массы, которая может быть сформирована", - сказал Миллер-Джонс. - Вопрос в том, можем ли мы идентифицировать их и насколько точно измерить их массу?"
Ученые подробно изложили свои выводы в Интернете 18 февраля в журнале Science. Две другие статьи, посвященные различным аспектам этой работы, также появились 18 февраля в "Астрофизическом журнале".
