Млечному Пути большая черная дыра не светит

Астрономы выяснили, почему черные дыры Млечного Пути не могут похвастаться большой массой. Если верить подсказкам от тяжелых черных дыр из других галактик, всему виной избыток тяжелых элементов в нашей звездной системе.

Среди галактик наша собственная, Млечный Путь, – без сомнения, гигант, соперничать с которым размерами и массой может лишь один объект, расположенный неподалеку – туманность Андромеды, M31. Астрономы полагают, что до нынешних размеров обе системы выросли постепенно, через слияние галактик помельче, а через несколько миллиардов лет и сами они сольются в единый объект, который будет вовеки доминировать в нашем уголке Вселенной.

Но когда речь заходит об объектах, населяющих Млечный Путь, здесь особых поводов для гордости не видно. Например, центральная черная дыра Галактики всего в 4 миллиона раз тяжелее Солнца, что совсем немного по меркам сверхмассивных черных дыр в центрах многих других галактик. В большинстве звездных систем центральный объект всего в 200-300 раз легче самой галактики, так что наша дыра не дотягивает до положенного по ранжиру значения раз эдак в 100. Почему – никто не знает; видимо, ответ появится лишь тогда, когда мы узнаем историю образования Млечного Пути во всех подробностях.

Легкость от тяжелого избытка

И касательно черных дыр звездных масс, появляющихся в конце эволюции массивных звезд, наша Галактика тоже особо не выделяется. Таких объектов с надежно измеренными массами в Млечном Пути известно несколько десятков, однако большинство из них не тяжелее 10 масс Солнца – притом что образовались они из звезд, которые были во многие десятки раз массивнее нашего светила.

Однако в случае звездных дыр объяснение их сравнительно небольшой массе, возможно, есть. Ученые подозревают, что дело в доле тяжелых элементов, которые входят в состав местных звезд. В Млечном Пути, массивной спиральной галактике, в которой сменилось несколько поколений звезд, перерабатывавших водород во все более сложные ядра, тяжелых атомов много.

Эти элементы – точнее, протяженные электронные оболочки, окружающие их ядра, – хорошо улавливают свет. И когда в конце своей эволюции (незадолго до образования черной дыры) звезда начинает очень ярко светить, этот свет просто-напросто «сдувает» и внешние слои звезды, и часть ее ядра. Легкие элементы сдуваются плохо, тяжелые – хорошо, и при этом они увлекают с собой и легкие. Такова, в общих чертах, теория.

Не пройдет и миллиона лет

Астрономам из Великобритании и Испании, похоже, удалось найти косвенное подтверждение этим соображениям. Воспользовавшись спектрографом FORS2 восьмиметрового телескопа «Анту» на чилийской вершине Параналь, они измерили массу черной дыры NGC 300 X-1, расстояние до которой – 6 миллионов световых лет. По расчетам астрономов, ее масса составляет 15-20, а то и все 25 масс Солнца. Работа ученых под руководством Пола Краутера принята к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Как сообщает пресс-служба Южной европейской обсерватории, мало того, что это самая далекая и вторая по массе «звездная» черная дыра, известная астрономам. Она еще и входит в состав крайне интересной двойной звезды – вторым компонентом является очень горячий объект из класса звезд Вольфа-Райе. Эта стадия звездной эволюции является финальной агонией очень массивных звезд. Меньше чем через миллион лет она взорвется, также превратившись в черную дыру.

Если система при взрыве не распадется, здесь останется пара черных дыр, водящих хоровод вокруг друг друга, который станет мощным источником гравитационных волн. В конце концов, спустя несколько миллиардов лет, две дыры сольются, и гравитационно-волновой «вопль» от такого слияния должно быть хорошо слышно на Земле. Если, конечно, здесь еще останутся приборы, способные слушать эту космическую какофонию.

Третий – лишний?

Однако если перспективы гравитационно-волновой астрономии туманны, то теориям астрономии обычной новый объект дает серьезную поддержку. Вторая самая тяжелая черная дыра звездных масс находится, как и следует из ее названия, в галактике NGC 300. И это как раз небольшая спиральная галактика в группе созвездия Скульптора. А в звездах, которые ее составляют, как раз наблюдается недостаток тяжелых элементов!

Что касается самой-самой массивной черной дыры звездных масс, известной на сегодня, то и она лежит в галактике-карлике. Это объект IC10 X-1 из галактики IC10, которая находится в 2 миллионах световых лет от нас в направлении на созвездие Кассиопеи. Масса IC10 X-1 измерена лучше, и составляет 23 (плюс-минус две) массы Солнца. И эта галактика, как и большинство карликов, тоже бедна тяжелыми элементами. Совпадение?

Если верить популярной поговорке, «один раз – случайность, два – совпадение», но три-то – уж точно система. И третий объект, подтверждающий правило, у ученых тоже есть. Это объект NGC 1313 X-2 из галактики NGC 1313 на расстоянии 15 миллионов световых лет от нас в направлении на южное созвездие Сетки. В статье, принятой к публикации в том же MNRAS одновременно с работой группы Краутера, астрономы Алессандро Патруно и Лука Цампьери из Университета Амстердама и Обсерватории Падуи оценивают массу черной дыры здесь минимум в 20 масс Солнца. И NGC 1313 – тоже бедный металлами карлик, по виду весьма похожий на Большое Магелланово Облако, спутник Млечного Пути.

Впрочем, эта оценка – теоретическая, предостерегают ученые. Они просчитали различные варианты эволюции двойных звезд и получили, что лишь пара яркой звезды с очень массивной черной дырой может выглядеть так, как NGC 1313 X-2. Доверять ли таким подсчетам, судить специалистам. Кроме того, NGC 1313 X-2 относится к классу сверхъярких рентгеновских источников, и ее масса может на деле составить даже не 20, а все 100 масс Солнца. Такое значение уже лишает черную дыру статуса «звездной», переводя ее в класс черных дыр промежуточных масс; их происхождение пока туманно.