Астрономы, возможно, открыли новый вид выживания: звезда, которая столкнулась с гигантской черной дырой и выжила, рассказывает эту историю через поток рентгеновских лучей.

Данные от рентгеновских обсерваторий «Чандра» (НАСА) и «XMM-Newton» (ЕКА) начинают свой отсчет с красной гигантской звезды, блуждающей слишком близко к сверхмассивной черной дыре в галактике, расположенной примерно в 250 миллионах световых лет от Земли. Черная дыра, расположенная в галактике под названием GSN 069, имеет массу примерно в 400 000 масс Солнц, что ставит ее на низкую ступень шкалы для сверхмассивных черных дыр.

Как только красный гигант был захвачен гравитацией черной дыры, внешние слои звезды, содержащие водород, были сорваны и устремились к черной дыре, оставив ядро звезды — известное как белый карлик.

«В моей интерпретации рентгеновских данных белый карлик выжил, но он не сбежал», — сказал Эндрю Кинг из Университета Лестера в Великобритании, который проводил это исследование. «Сейчас он находится на эллиптической орбите вокруг черной дыры, совершая один оборот примерно раз в девять часов».

Поскольку белый карлик совершает почти 3 оборота в день, черная дыра вытягивает материал при каждом его приближении, не далее чем в 15 радиусах от горизонта событий — точки невозврата — от черной дыры. Звездный материал переходит в диск, окружающий черную дыру, и испускает поток рентгеновских лучей, которые Чандра и XMM-Newton могут обнаружить. Кроме того, Кинг предсказывает, что этой парой будут испускаться и гравитационные волны, особенно в их ближайшей точке контакта.

Каким будет будущее звезды и ее орбиты? Совокупное воздействие гравитационных волн и изменение размера звезды по мере потери ее массы должно привести к тому, что орбита станет более круговой и увеличится в размерах. Скорость потери массы неуклонно замедляется, как и увеличение расстояния белого карлика от черной дыры.

«Она будет очень стараться убежать от сюда, но выхода нет. Черная дыра будет пожирать ее все медленнее и медленнее, но никогда не остановится», — сказал Кинг. «В принципе, эта потеря массы будет продолжаться до тех пор, пока и даже после того, как белый карлик уменьшится до массы Юпитера, примерно через триллион лет. Это будет удивительно медленный и запутанный способ для Вселенной создать планету из звезды!»

Астрономы обнаружили много звезд, которые были полностью разорваны в результате контакта с черными дырами (так называемые приливные события разрушения), но есть очень мало сообщений о случаях близких проходов, когда звезда вероятно выживает.

Такие столкновения во Вселенной должны быть более частыми, чем прямые столкновения, учитывая статистику космических потоков, но их можно легко пропустить по нескольким причинам. Во-первых, более массивной, выжившей звезде может потребоваться слишком много времени, чтобы завершить орбиту вокруг черной дыры, чтобы астрономы могли увидеть повторные всплески. Другая проблема заключается в том, что сверхмассивные черные дыры, гораздо более массивные, чем та, что находится в GSN 069, могут полностью поглотить звезду, а не вывести ее на орбиту, где она будет периодически терять свою массу. В таких случаях астрономы вообще ничего не наблюдали.

Кинг предсказывает, что масса белого карлика составляет всего две десятых массы Солнца. Если белый карлик был ядром красного гиганта, полностью лишенным водорода, то он должен был быть богат гелием. Гелий был создан путем слияния атомов водорода во время эволюции красного гиганта.

«Удивительно думать, что орбита, масса и состав крошечной звезды, находящейся на расстоянии 250 миллионов световых лет, могут быть измерены и определены», — сказал Кинг.

Кинг сделал прогноз, основанный на его сценарии. Поскольку белый карлик находится так близко к черной дыре, эффекты от общей теории относительности означают, что направление оси орбиты должно колебаться, или «прецессировать». Это колебание должно повторяться каждые два дня и может быть обнаружено при достаточно длительных наблюдениях.