У самой первой найденной черной дыры нашли странности

Ученые считают, что черные дыры звездной массы, которые в несколько раз превышают массу Солнца, образуются, когда гигантские звезды умирают и схлопываются сами по себе. Первой из когда-либо обнаруженных черных дыр был Cygnus X-1 , расположенный в пределах Млечного Пути в созвездии Лебедя.

Астрономы увидели первые признаки черной дыры в 1964 году через газ, который она отсосала у близко вращающейся голубой звезды-сверхгиганта. Когда этот газ по спирали попал в черную дыру, он стал настолько горячим, что испускал высокоэнергетические рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые могли обнаружить спутники.

Трио исследований в 2011 году предложило, что Cygnus X-1 был расположен около 6,070 световых лет от Земли, но новое исследование предполагает, что черная дыра на самом деле около 7240 световых лет от нас. 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 Cygnus X-1 в сравнении с его фоном.

"Если вы держите палец на расстоянии вытянутой руки и закроете один глаз, а затем другой, вы увидите, что он [ваш палец] кажется движется из одного места в другое по сравнению с более удаленными фоновыми объектами", - объясняет астрофизик Джеймс Миллер-Джонс из Куртинского университета Международного центра радиоастрономических исследований в Перте, Австралия, ведущий автор нового исследования и соавтор некоторых исследований 2011 года. "Используя ту же идею, можно вычислить, как далеко был Cygnus X-1, посмотрев на него с разных точек зрения, когда Земля двигалась вокруг Солнца".

В работе 2011 года был проанализирован свет звезды-компаньона черной дыры, чтобы помочь оценить диаметр звезды. С помощью этого измерения исследователи вычислили другие детали партнерства, такие как масса черной дыры, предположив, что она примерно в 14,8 раз больше, чем у Солнца .

Однако исследование 2011 года не собирало данные о черной дыре на протяжении полной орбиты вокруг ее звезды-компаньона. Без этой информации предыдущая работа не могла полностью объяснить, как эти орбитальные движения могут повлиять на оценки расстояния и массы.

В новом исследовании Миллер-Джонс и его коллеги проанализировали наблюдения Cygnus X-1, полученные с помощью системы очень длинных базовых линий (VLBA), гигантского радиотелескопа, состоящего из 10 тарелок, разбросанных по территории США в течение шести 12-часовых сеансов. Наблюдения, проводимые в течение нескольких дней подряд, исследователи отслеживали полную орбиту черной дыры.

Используя метод параллакса на этих новых данных в сочетании с данными 2011 года, ученые обнаружили, что черная дыра может быть дальше, чем считалось ранее, примерно в 7240 световых годах от Земли.

Эти новые открытия заставили исследователей пересмотреть модели движения звезды-компаньона Cygnus X-1, что, в свою очередь, привело к новой оценке массы черной дыры - примерно в 21,2 раза больше массы Солнца. Такой размер делает Cygnus X-1 самой большой черной дырой звездной массы, обнаруженной на сегодняшний день с помощью наблюдений за светом. (Гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, которые обнаруживают рябь в ткани пространства и времени, обнаружили более крупные черные дыры звездной массы, в том числе одну, примерно в 50 раз превышающую массу Солнца.)

Эти результаты показывают, что звезды, образующие черные дыры звездной массы, могут не терять из-за ветра столько материала, как считалось ранее. "Масса черной дыры определяется тем, насколько массивной она была в начале", - сказал Миллер-Джонс. "Звезды теряют массу по мере того, как ветер дует с их поверхности, а массивные звезды порождают более сильные ветры. Самые массивные звезды могут иметь очень сильные ветры и теряют большую массу через них, прежде чем они образуют черные дыры".

Таким образом, новый гигантский размер Cygnus 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", - соавтор исследования Сюешань Чжао из Китайской академии наук в Пекин, говорится в заявлении.

И даже более крупные черные дыры звездных масс могут ждать внимания ученых. «Cygnus X-1 вряд ли является самой массивной черной дырой звездной массы, которая может быть образована», - сказал Миллер-Джонс. "Вопрос в том, можем ли мы их идентифицировать и насколько точно мы можем измерить их массу?"

Ученые подробно рассказали о своих выводах онлайн 18 февраля в журнале Science. Две другие статьи, посвященные различным аспектам этой работы, также появились 18 февраля в The Astrophysical Journal.