Иллюстрация модели переноса вещества через полость Роша. Источник: Universe Today.
Активные черные дыры обнаружить сравнительно легко: их раскаленные аккреционные диски излучают яркие рентгеновские лучи, а струи вещества у полюсов видны в оптическом и радиодиапазоне. Большинство черных дыр звездной массы, однако, не проявляют активности. Они могут самостоятельно перемещаться по галактике или обращаться вокруг звезды-компаньона, не поглощая ее вещество.
Такие объекты нельзя наблюдать напрямую, поэтому ученые изучают их влияние на соседние тела. Космический аппарат Gaia (Гайя) предназначен для определения положения и движения более миллиарда звезд в окрестностях Млечного Пути. Высокая точность измерений позволяет фиксировать небольшие колебания звезд, вызванные гравитационным воздействием невидимого компаньона.
В трех известных случаях это воздействие оказалось настолько сильным, что рядом со звездой должен находиться объект звездной массы. Если бы им была обычная звезда, Gaia смогла бы ее обнаружить. Поскольку этого не произошло, компаньонами, вероятнее всего, являются черные дыры.
Каждая из этих систем включает небольшую звезду-компаньона. В прошлом они представляли собой несимметричные двойные системы, где одна звезда значительно превосходила другую по размерам. После гибели крупной звезды ее остаток превратился в черную дыру.
Система Gaia BH3 имеет достаточно широкую орбиту, что соответствует ожидаемому сценарию. Две другие системы, BH1 и BH2, расположены гораздо теснее, и их происхождение вызывает вопросы. При расширении умирающая массивная звезда могла поглотить близкого компаньона, после чего оба объекта слились бы еще до образования черной дыры.
Одним из возможных объяснений считается перенос вещества через полость Роша — область, в которой преобладает гравитация конкретной звезды. Если внешние слои расширяющейся звезды выходят за пределы этой области, компаньон может захватить вещество под действием приливных сил. При достаточно разреженном потоке меньшая звезда способна сохранить устойчивую орбиту, пока крупная звезда не коллапсирует в черную дыру. Как сообщает Universe Today, трех наблюдаемых систем пока недостаточно для подтверждения этой модели, однако исследование показывает, что формирование двойных систем с черными дырами может быть сложнее, чем считалось ранее.