Насколько маленькой может быть черная дыра? На протяжении нескольких десятилетий астрономы пытались ответить на этот вопрос, подсчитывая космических монстров в нашем уголке Вселенной. Прошедшие годы оказались богаты на научные открытия – исследователям удалось обнаружить множество черных дыр разных размеров, включая сверхмассивного монстра в самом сердце Млечного Пути. Интересно, что до недавнего времени астрономы не наблюдали никаких признаков существования маленьких черных дыр. Это – давняя загадка в астрофизике. Теперь же ученым удалось обнаружить черную дыру, масса которой всего в три раза превышает массу нашего Солнца, что делает ее одной из самых маленьких черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Но самое примечательное, пожалуй, заключается в том, что новая черная дыра, получившая неофициальное название «Единорог», также является ближайшим к нашей планете подобным объектом. Согласно полученным в ходе работы данным, «Единорог» расположилась всего в 1500 световых годах от Земли.

Астрономы Университета штата Огайо обнаружили самую близкую к Земле черную дыру. Ее назвали Единорогом отчасти из-за миниатюрных размеров.

В поисках невидимого

Поскольку никакой свет не может вырваться из черной дыры, обнаружить эти объекты можно только косвенными способами. Так, большинство известных черных дыр были обнаружены в результате поиска рентгеновских лучей, испускаемых, когда невидимый объект отрывает материал от орбитальной звезды-компаньона – когда этот материал нагревается в плотном кольце вокруг черной дыры (аккреционный диск), он испускает излучение, которое можно обнаружить с помощью рентгеновских телескопов. Единорога, однако, нашли другим способом.

Исследователи из Университета штата Огайо целенаправленно искали звезды, обращающиеся вокруг чего-то невидимого и массивного. Их внимание в конечном итоге привлекла звезда 2MASS J05215658+4359220 из класса красных гигантов в созвездии Возничего. Авторы исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, использовали данные ряда обсерваторий для измерения периодических изменений яркости и спектра света, исходящего от красного гиганта под сокращенным названием V723 Mon. Интересно, что эти типы наблюдений использовались в течение нескольких десятилетий для поиска экзопланет, обнаружить которые чрезвычайно трудно.

Внимательно изучая красного гиганта, ученые пришли к выводу, что его притягивает невидимый объект-компаньон, искажая звезду в форме капли дождя. Как можно догадаться, компаньоном оказался «единорог», массу которого исследователи оценили примерно в 3,3 солнечной. Следует также отметить, что полученные данные дают совокупную массу обоих объектов, и если звезда тяжелее, чем оценка команды, вполне возможно, что невидимый объект является нейтронной звездой. Но авторы научной работы считают, что спутник, скорее всего, представляет собой небольшую черную дыру.

Так выглядит черная дыра в анимации NASA.

Хотя единорог меняет форму красного гиганта, он не стягивает с него материал. Это означает, что у него нет аккреционного диска и, следовательно, нет рентгеновских лучей, поэтому он до сих пор оставался незамеченным. Отсутствие рентгеновского излучения в таких «тихих» черных дырах может объяснить их отсутствие на карте Вселенной.

Интересно, что до открытия единорога было выдвинуто несколько других кандидатов на черные дыры небольшого размера. Как пишет National Geographics, в 2019 году та же команда объявила, что обнаружила темный объект, вращающийся вокруг гигантской звезды, однако оценки массы объекта были менее точными, и они смогли только сделать вывод, что это была «либо черная дыра, либо неожиданно массивная нейтронная звезда».

В прошлом году другая группа астрономов обнаружила то, что, по их мнению, было тройной системой, примерно в 1100 световых годах от Земли, содержащей черную дыру с массой около четырех солнечных масс, вращающуюся вокруг двух звезд. Если бы система действительно содержала черную дыру, она была бы самой близкой к Земле, но другие исследования поставили под сомнение это открытие.

Коллапс в пространстве-времени

Астрономы надеются, что единорог и другие подобные объекты прольют свет на физику, которая управляет образованием как черных дыр, так и нейтронных звезд. Напомним, оба объекта образуются, когда звезда достигает конца своей жизни, исчерпывая запасы ядерного топлива. Но то, какая судьба ожидает любую отдельную звезду, зависит от ее массы.

Если звезда немного больше нашего Солнца, она взрывается в результате вспышки сверхновой. Остальная часть звезды сжимается гравитацией, образуя нейтронную звезду – объект настолько плотный, что материал упакован вместе так же плотно, как атомное ядро. Но если объект намного тяжелее, то он разрушается под действием силы тяжести, создавая черную дыру.

Несмотря на то, что звезда, возможно, прожила десять миллионов лет, этот финал разыгрывается с невероятной скоростью. «В промежутке от одной до пяти секунд звезда «решает», взорвется ли она как сверхновая и произведет нейтронную звезду, или она схлопнется и сформирует черную дыру», – отмечают авторы нового исследования.

Вполне возможно, что Вселенную населяют маленькие черные дыры.

«Наше открытие подразумевает, что на просторах Вселенной существует много маленьких черных дыр, которые мы могли бы найти, если бы увеличили область поисков», – сообщил Таринду Джаясингхе, астроном из Университета Огайо и ведущий автора исследования в ходе пресс-релиза.

Изучая единорога и другие подобные ему объекты, в будущем исследователи надеются получить более ясную картину того, что происходит со звездами в последние моменты их жизни. Более того, по мере поступления новых данных астрономы надеются узнать, указывает ли нехватка маленьких черных дыр на какой—то новый аспект физики звезд или же небольшие черные дыры действительно разбросаны по всей галактике, а мы просто не можем их сосчитать.