Красного гиганта в Gaia BH2 заподозрили в поглощении другой звезды

Астрономы, используя астросейсмологические методы, определили, что красный гигант, входящий в систему с широкой орбитой и спящей черной дырой Gaia BH2, мог в прошлом поглотить еще одну звезду в системе или вещество с прародителя черной дыры. Это изменило химический состав звезды и ее омолодило. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Черные дыры звездных масс в двойных системах обычно выдает излучение от аккреционных дисков вокруг них. Однако неактивные черные дыры можно обнаружить и при анализе высокоточных астрометрических данных, которые укажут на гравитационное влияние компактного объекта на своего компаньона. Подобный метод эффективен, но трудоемок в применении. Благодаря данным, собранным за несколько лет наблюдений за Млечным Путем космическим телескопом Gaia, астрономы обнаружили (1, 2) три подобных системы с широкими орбитами и спящими черными дырами, причем одна из них оказалась второй по близости к нам.

Группа астрономов во главе с Дэниелом Хеем (Daniel Hey) из Гавайского университета решила уточнить свойства красных гигантов, выступающих компаньонами спящих черных дыр в системах Gaia BH2 и Gaia BH3. Они обратились к астросейсмологическим методам — проанализировали измеренные космическим телескопом TESS колебания яркости звезд, некоторые из которых могут быть связаны с разными режимами распространения волн внутри светил.

Система Gaia BH3 содержит красного гиганта массой 0,76 массы Солнца, бедного металлами и умеренно обогащенного элементами альфа-процесса. Исследователи надеялись подтвердить, что звезда, находясь в фазе асимптотической ветви гигантов, вряд ли поглощала вещество с компаньона в системе, когда тот еще был обычной звездой. Сделать это не удалось, так как достоверных пульсаций звезды ученые не нашли, но наблюдения за Gaia BH3 еще продолжатся.

Система Gaia BH2, помимо черной дыры, содержит красного гиганта массой 1,07 массы Солнца, умеренно обогащенного металлами и сильно обогащенного элементами альфа-процесса. Ранее высказывалась идея о том, что это может быть связано с поглощением звездой вещества, сброшенного прародителем черной дыры в фазе неудавшейся сверхновой.

Для Gaia BH2 ученые выявили три режима пульсаций, которые позволили уточнить параметры красного гиганта. Он обладает массой 1,19–1,23 массы Солнца и радиусом около 8,55 радиуса Солнца, возраст звезды составляет около пяти миллиардов лет. Таким образом, это молодой красный гигант с достаточно коротким периодом вращения в 397 дней. В сочетании с особенностями состава звезды данные говорят о том, что в прошлом звезда могла либо взаимодействовать с прародителем черной дыры и поглощать вещество с него, либо слиться с еще одной звездой в системе. Расчеты показывают, что для того, чтобы выглядеть молодо, красному гиганту в Gaia BH2 нужно было поглотить около четверти массы Солнца. Однако необходимы дополнительные данные, чтобы уточнить ход эволюции этой системы.

Интересно, что система Gaia BH3 может быть родом из разрушенного звездного скопления, слившегося с Млечным Путем.