Kids

eso1802ru — Научный релиз

Странное поведение звезды позволило выявить одинокую черную дыру, прячущуюся в гигантском звездном скоплении

17 января 2018 г., St.-Petersburg

17 января 2018 г.
При помощи приемника MUSE, смонтированного на Очень Большом Телескопе ESO в Чили, астрономы обнаружили в скоплении NGC 3201 звезду с очень странным поведением. Оказалось, что она обращается вокруг невидимой черной дыры с массой около четырех солнечных масс. Это первый случай регистрации неактивной черной дыры звездной массы в шаровом скоплении и первое прямое обнаружение черной дыры по ее гравитационному притяжению. Сделано важное открытие, которое влияет на наши представления об образовании шаровых скоплений и черных дыр, о происхождении гравитационных волн.

Шаровые звездные скопления – гигантские сферические рои из десятков и сотен тысяч звезд, расположенные на периферии большинства галактик. Это одни из самых старых из известных во Вселенной звездных систем: они возникли в начальную эпоху образования и эволюции галактик. Сейчас в Млечном Пути известно более 150 таких объектов.

Одно из таких скоплений, NGC 3201, расположенное в южном созвездии Парусов, исследовано с приемником MUSE, смонтированном на Очень Большом Телескопе ESO в Чили. Бенжамин Гизерс (Benjamin Giesers) из университета Георга-Августа в Гёттингене (Германия) (Georg-August-Universität Göttingen) и его сотрудники обнаружили, что одна из звезд [1] в NGC 3201 ведет себя очень странно — колеблется со скоростью в несколько сотен тысяч километров в час, двигаясь то вперед, то назад с периодом в 167 дней [2].

Бенжамин Гизерс был заинтригован такими движениями звезды: “Она движется по орбите вокруг чего-то совершенно невидимого, имеющего массу более четырех солнечных масс. И это «что-то» может быть только черной дырой – первой черной дырой, открытой в шаровом скоплении по прямой регистрации ее гравитационного притяжения!

Отношения между черными дырами и шаровыми скоплениями – важные и таинственные. Считается, что в скоплениях с их огромными массами и возрастом должно было накопиться множество черных дыр звездной массы, которые образовывались по мере того, как массивные звезды в скоплении взрывались и затем коллапсировали [3][4].

Благодаря созданному в ESO инструменту MUSE астрономы получили уникальную возможность одновременно измерять движения тысяч далеких звезд. С этим приемником Гизерс и его группа впервые смогли зарегистрировать неактивную — не поглощающую вещество и не окруженную светящимся газовым диском – черную дыру в сердце шарового скопления. Измерив движения звезды, захваченной ее мощным гравитационным притяжением, астрономы смогли оценить ее массу [5].

Из наблюдаемых параметров звезды была получена оценка ее массы примерно в 0.8 солнечных. Тогда масса ее таинственного компаньона должна составлять около 4.36 Солнц, что очень хорошо согласуется с предположением о том, что это черная дыра [6].

Недавние обнаружения в шаровых скоплениях источников радиоволн и рентгеновского излучения, а также регистрация в 2016 г. гравитационно-волновых сигналов, порожденных слиянием двух черных дыр звездных масс свидетельствуют о том, что эти сравнительно небольшие черные дыры, возможно, встречаются в шаровых скоплениях чаще, чем прежде считалось.

Гизерс заключает: “До недавнего времени предполагалось, что почти все черные дыры должны были за короткое время исчезнуть из шаровых скоплений и следовательно, таких систем, как обнаруженная нами, вообще не должно быть! Теперь ясно, что это не так. Наше открытие первая прямая регистрация гравитационного притяжения черной дыры звездной массы в шаровом скоплении. Это очень важно для понимания процессов формирования шаровых скоплений, эволюции черных дыр и двойных систем, и особенно источников гравитационных волн.

Примечания

[1] «Странная» звезда находится на стадии схода с главной последовательности, то есть, вступает в заключительную фазу своего развития: запасы водорода в ее недрах истощились и она будет постепенно превращаться в красного гиганта.

[2] С приемником MUSE в ESO при поддержке консорциума MUSE сейчас выполняется масштабный обзор 25 шаровых скоплений на периферии Млечного Пути. В каждом скоплении будет получено от 600 до 27 000 спектров звезд. Для индивидуальных звезд будет выполнен анализ лучевых скоростей: скоростей движения вдоль луча зрения от Земли или к ней. Эти измерения позволят определить параметры орбит звезд, а также свойства массивных объектов, вокруг которых они могут обращаться.

[3] В условиях отсутствия постоянного звездообразования, что и имеет место в шаровых скоплениях, черные дыры звездных масс быстро становятся самыми массивными объектами. В целом черные дыры звездных масс в шаровых скоплениях примерно вчетверо массивнее, чем окружающие их маломассивные звезды. Согласно последним теориям, эти черные дыры образуют в скоплении плотное ядро, которое изолируется от остального вещества скопления. Движения в центральной области скопления постепенно приводят к тому, что большинство черных дыр выбрасывается из скопления наружу, и спустя несколько миллиардов лет только несколько их остается в скоплении.

[4] Черные дыры звездных масс, или коллапсары, образуются, когда массивные звезды заканчивают свое существование, резко сжимаясь – коллапсируя – под действием собственного тяготения и затем взрываясь в виде гиперновых. В результате большая часть массы звезды – от нескольких масс Солнца до нескольких десятков – превращается в черную дыру.

[5] Свет не может покинуть черную дыру из-за действия ее чудовищной гравитации. Поэтому основной метод обнаружения черных дыр – наблюдения радио- или рентеновского излучения горячего вещества в их окрестностях. Но когда, как в данном случае, черная дыра не накапливает массу и не разогревает в процессе этого окружающее вещество по причине его отсутствия, она неактивна и невидима, и тогда требуются другие методы ее обнаружения.

[6] Так как несветящийся объект в этой системе непосредственно не наблюдается, можно предложить альтернативные, хотя и гораздо менее убедительные объяснения его природы. Возможно, мы наблюдаем тройную звезду, в центре которой находится тесная пара нейтронных звезд, а наблюдаемая звезда обращается вокруг них. Но в этом сценарии каждая из нейтронных звезд должна иметь массу по крайней мере в две солнечных. Такие системы никогда еще не наблюдались.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201”, B. Giesers и др., которая публикуется в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Состав исследовательской группы: Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Germany), Stefan Dreizler (Georg-August-Universität Göttingen, Germany), Tim-Oliver Husser (Georg-August-Universität Göttingen, Germany), Sebastian Kamann (Georg-August-Universität Göttingen, Germany; Liverpool John Moores University, Liverpool, United Kingdom), Guillem Anglada Escudé (Queen Mary University of London, United Kingdom), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands; Universidade do Porto, CAUP, Porto, Portugal), C. Marcella Carollo (Swiss Federal Institute of Technology, ETH, Zurich, Switzerland) Martin M. Roth (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Germany), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, German) и Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Germany).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире наземная астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой совершенной в мире астрономической обсерватории видимого диапазона, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент для обзоров неба в видимом свете. ESO также является одним из основных партнеров крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +79112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Benjamin Giesers
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
Email: giesers@astro.physik.uni-goettingen.de

Stefan Dreizler
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
Email: dreizler@astro.physik.uni-goettingen.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1802.

О релизе

Релиз №:eso1802ru
Название:NGC 3201
Тип:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Black Hole
Milky Way : Star : Grouping : Cluster : Globular
Facility:Very Large Telescope
Instruments:MUSE
Science data:2018MNRAS.475L..15G

Изображения

Двойная система с черной дырой в NGC 3201 глазами художника
Двойная система с черной дырой в NGC 3201 глазами художника
Снимок шарового звездного скопления NGC 3201, сделанный Космическим телескопом Хаббла (аннотировано)
Снимок шарового звездного скопления NGC 3201, сделанный Космическим телескопом Хаббла (аннотировано)
Область неба вокруг шарового звездного скопления NGC 3201
Область неба вокруг шарового звездного скопления NGC 3201
Шаровое скопление NGC 3201
Шаровое скопление NGC 3201
Снимок шарового звездного скопления NGC 3201, сделанный Космическим телескопом Хаббла (не аннотировано)
Снимок шарового звездного скопления NGC 3201, сделанный Космическим телескопом Хаббла (не аннотировано)
Шаровое скопление NGC 3201 в созвездии Парусов
Шаровое скопление NGC 3201 в созвездии Парусов

Видео

ESOcast 146 Light: Странное поведение звезды позволило выявить одинокую черную дыру, прячущуюся в гигантском звездном скоплении
ESOcast 146 Light: Странное поведение звезды позволило выявить одинокую черную дыру, прячущуюся в гигантском звездном скоплении
«Полет» к шаровому звездному скоплению NGC 3201
«Полет» к шаровому звездному скоплению NGC 3201
Двойная система с черной дырой в NGC 3201 глазами художника: видео
Двойная система с черной дырой в NGC 3201 глазами художника: видео
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
только на английском
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
только на английском

Также смотрите наши