Анализируя данные, полученные европейским космическим телескопом Gaia, астрономы обнаружили две ближайшие к Земле чёрные дыры. Объекты получили названия Gaia BH1 и Gaia BH2 — первая наблюдается в созвездии Змееносца и находится на расстоянии 1560 световых лет от Земли; вторая обнаружена в созвездии Центавра в 3800 световых годах от нас.

Источник изображения: esa.int

Оба объекта по-своему уникальны, и обнаружить их удалось, изучив особенности движения вращающихся вокруг них звёзд-компаньонов: странные колебания указали учёным, что эти звезды вращаются вокруг неких массивных объектов — в обоих случаях их массы составляли около десяти солнечных. Массивные объекты не излучали света, поэтому очевидно, что речь идёт о чёрных дырах.

До недавнего времени все известные астрономам чёрные дыры обнаруживались посредством изучения, обычно в рентгеновском и радиодиапазонах, — его производит поглощаемое объектом вещество. Но Gaia BH1 и Gaia BH2 оказались по-настоящему чёрными, и выявить их удалось исключительно по гравитационным эффектам. Высоты орбит звёзд, вращающихся вокруг этих чёрных дыр, оказались необычно большими, что отличает их от так называемых рентгеновских двойных систем с низкой орбитой звезды вокруг чёрной дыры. Это дало учёным повод предположить, что двойные системы нового типа могут встречаться относительно часто.

Космический телескоп Gaia оказался подходящим инструментом для обнаружения подобных объектов — он с высокой точностью измеряет положение и особенности движения миллиардов звёзд, что позволяет извлекать важные сведения об объектах, оказывающих на эти звезды гравитационное воздействие. К таким объектам относятся другие звезды, планеты и чёрные дыры.

Следы Gaia BH2 в рентгеновском и радиодиапазонах попытались обнаружить специалисты, работающие с американской космической рентгеновской обсерваторией «Чандра» (Chandra X-ray Observatory) и радиотелескопом MeerKAT в ЮАР. В обоих случаях ничего обнаружить не удалось, и эта информация как раз представляет большую ценность. Звезда-компаньон испускает большие объёмы частиц в виде звёздного ветра, и отсутствие излучения указывает, что чёрная дыра поглощает не так много вещества, поскольку её горизонт событий пересекает небольшое число частиц. И учёные пока не нашли ответа, почему так происходит.

Международная команда учёных обнаружила благодаря европейскому космическому телескопу Gaia новую экзопланету, внутри которой, вероятно, продолжается ядерный синтез. Команда, возглавляемая британским профессором Сашей Хинкли (Sasha Hinkley) из Университета Эксетера, обнаружила экзопланету на орбите примерно в 483 млн км от звезды HD 206893, расположенной в 130 световых годах от Земли и примерно на 30 % более крупной, чем наше Солнце.

Источник изображения: ESA

Известно, что данная звезда имеет околозвёздный диск, то есть возле неё ещё формируются планеты, а потому она и рассматривалась в качестве перспективного кандидата для поиска в её окрестностях экзопланет. Инструмент Gaia Европейского космического агентства позволяет делать очень точные наблюдения и замеры в звёздном небе и в первую очередь предназначен для создания трёхмерной модели галактики.

Используя данные Gaia, команда использовала инструмент GRAVITY при Очень Большом Телескопе (VLT) на севере Чили для подтверждения присутствия новой планеты, получившей кодовое название HD 206893 c. Наблюдения также позволили исследователям проанализировать световой спектр атмосферы планеты. Имеющиеся данные позволяют предполагать, что в ядре гигантского объекта продолжается ядерный синтез с участием дейтерия — изотопа водорода.

Открытая планета, по имеющимся данным, похоже, примерно в 13 раз массивнее Юпитера. Её гигантский размер и свидетельства о ядерных реакциях в ядре означают, что она фактически является промежуточным звеном между планетой и звездой класса коричневого карлика. Такой объект формируется, как и обычные звёзды, но недостаточно массивен для того, чтобы стать одной из них. Открытие обеспечит учёных новыми данными, помогающими отличать массивные планеты от коричневых карликов.

Открытие демонстрирует, что Gaia способен выявлять потенциальные экзопланеты, которые позже могут дополнительно исследоваться другими инструментами — от наземных телескопов до «Джеймса Уэбба».

Подробнее об исследовании можно узнать из статьи на ArXiv, а также соответствующая статья вышла в журнале Astronomy & Astrophysics. Кроме того, доклад об открытии сделан в ходе недавней конференции Американского астрономического общества в Сиэтле.

Космический телескоп Gaia Европейского космического агентства (ESA) помог астрономам создать самую полную карту нашей галактики — Млечного Пути. С момента запуска в 2013 году с помощью аппарата было получено три набора данных, содержащий информацию о расположении, скорости и траектории движения примерно 2 млрд звёзд. Благодаря этому астрономы могут не только видеть галактику в её нынешнем состоянии, но и смоделировать её облик на миллиарды лет в прошлое или будущее.

Космический телескоп Gaia / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Хотя Gaia не так известен, как другие космические телескопы, такие как Хаббл или Джеймс Уэбб, именно он произвёл настоящую революцию в изучении Млечного пути и позволил значительно продвинуться в понимании эволюции галактики. Последний набор данных Gaia включает в себя новую информацию о химическом составе, температуре звёзд, их цвете, массе, скорости движения и др. Кроме того, в набор данных включена информация о множестве двойных звёзд, астероидов, спутников планет, а также галактиках и квазарах за пределами Млечного Пути.

Космический телескоп оптического диапазона Gaia располагает в точке Лагранжа L₂ системы Земля-Солнце на расстоянии в 1,5 млн км от нашей планеты. Он вращается вокруг Солнца синхронно с нашей планетой, которая защищает его от бликов. Аппарат шириной 2,3 метра оснащён 10-метровым солнцезащитным экраном. Для наблюдений используются два имеющихся в конструкции телескопа. Основным научным инструментом является огромный цифровой сенсор из 106 отдельных CCD-матриц размером 4,7 × 6 см каждая. Общее разрешение сенсора составляет 938 млн пикселей. Телескопы проецируют улавливаемый свет на сенсор, а для разделения изображений задействована цифровая обработка.

Помимо телескопов в конструкции Gaia размещены синий и красный фотометры, позволяющие измерять яркость и цвет наблюдаемых звёзд. Благодаря этому астрономы могут определить температуру, массу, возраст и химический состав звёзд. Ещё аппарат оснащён прибором для измерения радиальных скоростей, который показывает, как звёзды движутся к телескопу или от него. Спектрометр также измеряет поглощаемый звёздами свет, что помогает узнать больше об их химическом составе.

Траектории движения звёзд в галактике Млечный путь в течение следующие 400 тыс. лет / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Gaia видит около 2 млрд наиболее ярких звёзд, но это лишь около 1 % от их общего количества в галактике. Однако с помощью специальных алгоритмов и большого количества научных данных астрономам удалось составить карту Млечного Пути. Ежедневно Gaia передаёт на Землю от 20 до 100 Гбайт данных. Прежде чем они попадают в руки научного сообщества, Консорциум по обработке и анализу данных Gaia, состоящий из более чем 400 исследователей и инженеров из шести суперкомпьютерных центров Европы, тратит годы на обработку, калибровку и проверку получаемой от телескопа информации. По данным Немецкого аэрокосмического центра, окончательный каталог данных миссии Gaia будет состоять из более чем петабайта данных, которые, если их распечатать на бумажных листах, можно сложить в стопку высотой около 100 км.

«Это то же самое, как если бы вы пытались определить форму здания, находясь внутри него. Чтобы понять форму галактики, нужно знать, где находятся отдельные звёзды. Но звёзды находятся очень далеко друг от друга, и для фиксации их положения в трёх измерениях требуется чрезвычайно высокая точность», — рассказал один из участников проекта Йос де Брюйне (Jos de Bruijne).

Каждый набор данных Gaia сопровождается пометкой «лучшая карта Млечного Пути на сегодняшний день», и так будет впредь, поскольку данные становятся более точными. В поле зрения аппарата попадают всё более отдалённые звёзды, за счёт чего астрономы получают новые данных о них. Gaia также считается создателем галактической археологии. С помощью сложных алгоритмов учёные просеивают данные миссии в поисках закономерностей в движении звёзд. Поскольку объекты в космосе подчиняются законам физики, астрономы могут смоделировать, как Млечный Путь выглядел миллиарды лет назад или как галактика будет выглядеть через миллиарды лет.

Вверху: карта лучевых скоростей звёзд и карта плотности межзвёздной пыли. Внизу: карта лучевых скоростей и самодвижения звёзд (изменения положения на небе), а также карта химического состава звёзд / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Постепенно астрономы собирают воедино историю Млечного Пути, находя свидетельства древних столкновений, в результате которых массивная спиральная галактика с примерно 200 млрд звёзд приобрела нынешний облик. Учёные установили, что около 10 млрд лет назад зарождающийся Млечный Путь столкнулся с другой галактикой. Остатки этой галактики, которая получила название Гайя-Энцелад, дали начало Млечного Пути.

Анализ данных Gaia также показал, что диск галактики искривлён и колеблется. Предполагается, что причиной этого могло стать столкновение с карликовой галактикой Стрелец. Астрономы рассчитывают узнать больше об этом благодаря дальнейшей обработке данных, получаемых от космического телескопа. Миссия Gaia продлится до 2025 года и учёные уверены, что впереди их ждут новые открытия.