Si una estrella de 40 masas solares y un agujero negro de 15 masas solares estuvieran en un sistema binario, ¿quién chuparía materia de quién?

Ninguno.

La estrella nunca puede extraer material de un agujero negro. Una vez que la materia ha caído más allá del horizonte de eventos, está allí para quedarse por la eternidad.

Los agujeros negros no apestan. De hecho, en su mayor parte, no hay nada especial en la atracción gravitacional de un agujero negro. Es solo cuando te acercas relativamente que comienzas a notar que algo anda mal.

Entonces, por ejemplo, si estás ubicado a 10 UA de un agujero negro con una masa de 15 veces el Sol, sentirás el mismo efecto que si estuvieras ubicado a 10 UA de una estrella con esa misma masa. Nada especial. A 1 UA? Todavía nada inusual. Tienes que acercarte bastante, a unos pocos diámetros de una estrella, antes de que los efectos inusuales del agujero negro comiencen a jugar.

Una vez que las órbitas de la estrella y el agujero negro han decaído lo suficiente como para estar muy cerca una de la otra, el agujero negro comenzará a desviar la masa de la estrella. Sin embargo, las órbitas tendrán que decaer bastante rápido, ya que una estrella de 40 masas solares tendrá una vida útil bastante corta antes de convertirse en supernova y convertirse en un agujero negro.

Si es una órbita casi circular de 5 UA, entonces no se intercambiaría masa, si la estrella todavía fuera una secuencia principal.

Sin embargo, si la estrella se encontraba en la etapa supergigante, como Betelgeuse o VY Canis Majoris, su diámetro en realidad puede exceder las 5 UA, en cuyo caso el agujero negro está orbitando dentro de las delgadas capas externas de la estrella. En este caso, el material de la estrella caerá en el agujero negro. Aunque la estrella es más masiva que el agujero negro en total, el material de la estrella alrededor de la órbita del agujero negro estará a veces mucho más cerca del centro de masa del agujero negro que el de la estrella, y sentirá una atracción gravitacional más fuerte hacia el agujero negro que a la estrella

A medida que se acercaban, el agujero negro aumentaba el gas de la estrella, formando un disco de acreción a medida que giraban. Aquí está la impresión de un artista de cómo se vería eso:

Si por “agujero negro” se entiende el espacio del cuerpo colapsado gravitacionalmente que está dentro del radio de Schwarzschild, entonces la respuesta es siempre: el agujero negro absorbería la materia de la estrella. La estrella nunca podría sacar material del agujero negro, ya que la velocidad de escape (dentro del radio de Schwarzschild) excede la velocidad de la luz.

Esto se proporciona si los dos cuerpos están lo suficientemente cerca. Si el agujero negro está demasiado lejos de la estrella, el tirón gravitacional de la estrella no sería lo suficientemente fuerte como para eliminar cualquier materia.

Actualización: Y si los dos cuerpos están lo suficientemente cerca, se vería algo así como la imagen que Alex Klotz publicó en su respuesta.