У чёрной дыры в центре Млечного Пути нашли объекты нового типа

Астрономы обнаружили три новых тела на близких орбитах к черной дыре в центре Млечного Пути в дополнение к трем известным ранее. Объекты обладают различными орбитами, но схожим происхождением, что позволяет выделить их в новых класс, который может быть уникальным для непосредственного окружения сверхмассивных черных дыр, пишут авторы в журнале Nature.

Сегодня считается, в центре каждой крупной галактики находится сверхмассивная черная дыра. В центре Млечного Пути наблюдается объект Стрелец A*, который по многим косвенным свидетельствам является черной дырой. В частности, на орбите вокруг него наблюдается ряд звезд, параметры движения которых позволяют оценить массу центрального тела: она равна примерно четырем миллионам солнечных.

Также в непосредственной близи от Стрельца A*, на расстоянии не более 0,1 парсека, наблюдается несколько объектов неясной природы, которые получили называния G1 и G2. Изначально они считались газопылевыми облаками, так как обладают соответствующими линиями излучения, однако прохождение периботроса (ближайшей к черной дыре точки орбиты) телом G2 не привело к его приливному разрушению, как должно было быть в случае облака. В результате возникли идеи, что это может быть пара взаимодействующих звезд, окруженная плотной оболочкой.

Астрономы из США и Франции под руководством Анны Чурло (Anna Ciurlo) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили около Стрельца A* три новых объекта, подобных G1 и G2, а также доказали схожесть с ними еще одного, открытого ранее. От всех четырех источников удалось зафиксировать излучение водорода в третьей линии серии Брэккета Brγ и в линии двукратно ионизованного железа [Fe III]. Также авторы нашли ограниченные свидетельства существования еще ряда подобных объектов, но их недостаточно для однозначной идентификации.

Авторы определили скорости и орбиты новых объектов — все они оказались спутниками Стрельца A*, но параметры их траекторий демонстрируют высокое разнообразие. В частности, эксцентриситеты орбит трех оказались умеренными (от 0,15 до 0,3), в то время как четвертое тело движется по очень вытянутой орбите с e ≈ 0,9; орбитальные периоды находятся в диапазоне от 170 до 1600 лет; орбиты всех тел лежат в разных плоскостях, которые не совпадают с плоскостью орбиты G1 и G2 или известных звезд-спутников черной дыры.

Астрономы называют именно излучение в линии Brγ и компактность источника на этой длине волны (угловой размер не более 0,05 секунд) отличительными свойствами объектов нового класса. При таких параметрах это свечение не связано с массой предполагаемого компактного объекта в центре данных тел и, следовательно, не зависит от природы всего тела. Помимо этого, все шесть тел роднят слабое свечение в инфракрасной спектральной полосе K и быстрая переменность собственного движения и радиальных скоростей.

Ученые приходят к выводу, что гипотеза о природе этих тел как о сильно распухшем продукте слияния пары звезд пока что выглядит наиболее правдоподобно. Во-первых, эта идея соответствует динамике в задаче трех тел соответствующей конфигурации (черная дыра способствует слиянию двойных), во-вторых, это согласуется с наблюдаемым широким диапазоном параметров орбит объектов, и, в-третьих, это вписывается в рамки известной истории звездообразования в центре Млечного Пути.

В космосе обнаружена необъяснимая звезда

В ходе наблюдения за нейтронной звездой в течение более двух десятилетий, астрономы зафиксировали неожиданный сбой ее вращения.

Пульсар, называемый PSR J0908−4913 (сокращенно J0908), вдруг изменил скорость своего вращения. Подобное случается с пульсарами, а сам сбой частоты вращения называется глитчем.

«Весьма примечательно, что радиотелескоп Parkes наблюдал этот пульсар более 20 лет, не фиксируя ни единого сбоя, — говорит астрофизик Маркус Лоуэр из Технологического университета Суинберна в Австралии.

Пульсары — это быстро вращающаяся мертвая звезда, называемая также нейтронной звездой. По сути — это ядро, оставшееся после того, как звезда определенной массы прошла стадию сверхновой. Пульсары отличаются мощным излучением, исходящим из полюсов. При этом они вращаются с большой скоростью и похожи на некие космические маяки.

Поскольку скорость вращения пульсаров постоянна, производимое ими мигание отличается точностью и ритмичностью, являясь полезным инструментом для астрономов. Но из примерно 2700 известных пульсаров Млечного пути сбои вращения наблюдаются лишь у небольшого процента (5−7%). При этом скорость вращения увеличивается, и считается, что данный эффект вызван процессами внутри нейтронной звезды.

Пульсар J0908 имеет 107-миллисекундный период вращения. Он был обнаружен в 1988 году с помощью телескопа обсерватории Молонгло (MOST). Последующие наблюдения за ним велись в течение более двух десятилетий. Глитч же, о котором идет речь, был зафиксирован 9 октября 2019 года.

«J0908 — это то, что радиоастрономы называют «молодым пульсаром», подверженным наибольшему количеству глюков и имеющим нестабильные периоды вращения, которые могут варьироваться от десятков до сотен миллисекунд в течение нескольких лет», — объясняет Маркус Лоуэр.

Пульсары, как правило, меняют скорость вращения каждые 6−25 лет. Вполне вероятно, что J0908 сбоил уже много раз и, возможно, долгосрочное наблюдение началось сразу после очередного сбоя.

Могут пройти годы, прежде чем J0908 снова даст сбой. Но до тех пор о нем предстоит узнать очень много: не проявятся ли у пульсара какие-то странности после сбоя, сколько времени потребуется ему, чтобы вернуться в нормальное состояние, и вызвал ли сбой какие-либо долговременные изменения.