Две звезды, похожие на Солнце, оказались рядом с черными дырами и смогли выжить.

Черная дыра звездной массы представляет собой ядро когда-то очень массивной звезды, обычно в десятки раз превышающей массу Солнца. Такие звезды недолговечны: иногда всего за 10 миллионов лет их термоядерное топливо полностью исчерпывается.

В этот момент ничто не способно противостоять гравитации, которая стремится сжать вещество. В результате этого сжатия ядро нагревается, разогревает и раздувает окружающие слои. Звезда временно становится красным гигантом, а затем происходит взрыв сверхновой, в ходе которого она сбрасывает всю свою внешнюю оболочку. Ядро при этом «проваливается» внутрь и превращается в черную дыру.

Этот классический и широко наблюдаемый сценарий вызывает трудности в представлении о том, что черная дыра может иметь «живую и невредимую» карликовую звезду-соседа, тем более на близком расстоянии. Согласно всем расчетам, массивный партнер должен был бы поглотить ее еще на стадии красного гиганта, так как стареющие звезды расширяются до колоссальных размеров, и находиться рядом с ними в этот период — это верная гибель.

Именно поэтому астрономов особенно озадачивают две системы, обнаруженные космической обсерваторией Gaia: BH1 и BH2. BH, как легко догадаться, означает black hole — «черная дыра». Черная дыра № 1 находится на расстоянии 1560 световых лет от нас, в созвездии Змееносца, а № 2 — на 3800 световых лет от Земли, в созвездии Центавра. Их массы очень схожи: 9,6 и 8,9 массы Солнца.

У обеих черных дыр есть компаньоны, причем в обоих случаях это звезды, сопоставимые с нашим Солнцем. Обе звезды все еще «живы», хотя вторая уже завершает основной этап своей эволюции и стала красным гигантом. Тем не менее, по своему типу это звезды, похожие на Солнце.

Интересно, что эти «солнца» расположены очень близко к своим черным дырам: у BH1 звезда находится почти на расстоянии Земли от Солнца, а у BH2 — на расстоянии, где в Солнечной системе находится Юпитер. При этом «прародительницы» этих черных дыр были звездами колоссальных масс: например, BH2 была ядром светила, масса которого составляла 92 Солнца, а BH1 имела массу более 50 Солнц. Как они при таких размерах не поглотили свои компаньоны до своей «смерти» или не выбросили их из системы после взрыва сверхновой — это интересный вопрос.

Команда астрономов из Швейцарии, США, Испании и Греции предложила объяснение. В своей статье (доступна на сервере препринтов arXiv.org) ученые представили расчеты, согласно которым эти огромные «прародительницы» черных дыр никогда не были красными гигантами: к моменту «перегорания» их ядра они уже давно утратили большую часть своего вещества «по дороге».

В космосе существуют такие примеры, их называют звездами Вольфа — Райе (в честь французских астрономов-первопроходцев). Эти звезды изначально массивны, но, похоже, не могут удерживать такую массу и постепенно сбрасывают ее. Один из самых ярких примеров — WR 124, окруженная тяжелой «тучей» своего выброшенного вещества, хотя она сама при этом не взрывалась в сверхновой.

Как объяснили астрономы, в таком сценарии к моменту своего завершения как звезды у BH2 должно было остаться всего лишь около 11 солнечных масс. Пару солнечных масс сбросило, а остальное «сжалось» в черную дыру.

Моделирование показало, что в принципе это вполне позволяет желтым карликовым компаньонам продолжать спокойно «жить», пока их гигантские «братья» проходят через все эти трансформации. Кстати, маломассивные звезды «сжигают» водород на протяжении миллиардов лет, так что для них метаморфозы массивных звезд — это мимолетное воспоминание.

Текущая ситуация также поднимает более интересный вопрос: означает ли это, что планеты вокруг солнцеподобных звезд также могут пережить такое соседство и в дальнейшем существовать близ черной дыры? Однако пока астрономические инструменты недостаточно эффективны, чтобы уверенно выявлять планеты на таких расстояниях.