Najbliższa czarna dziura
Czarne dziury to jedne z najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie. Supermasywne wersje tych niewyobrażalnie gęstych obiektów prawdopodobnie znajdują się w centrach wszystkich dużych galaktyk. Czarne dziury o masie gwiazdowej, które ważą w przybliżeniu od pięciu do stu razy więcej niż masa Słońca, są znacznie częstsze, z szacowanymi 100 milionami w samej Drodze Mlecznej. Jednak tylko garstka została potwierdzona do tej pory, a prawie wszystkie z nich są „aktywne” – co oznacza, że świecą jasno w promieniach X, gdy pochłaniają materię z pobliskiego gwiezdnego towarzysza, w przeciwieństwie do uśpionych czarnych dziur, które nie są aktywne.
Astronomowie korzystający z teleskopu Gemini North na Hawajach, jednego z bliźniaczych teleskopów Międzynarodowego Obserwatorium Gemini, obsługiwanego przez NOIRLab, odkryli najbliższą Ziemi czarną dziurę, którą naukowcy nazwali Gaia BH1. Ta uśpiona czarna dziura waży około 10 razy więcej niż Słońce i znajduje się niecałe 1600 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Wężownika. Tym samym, znajduje się trzy razy bliżej Ziemi niż poprzedni rekordzista, rentgenowski układ podwójny w konstelacji Jednorożca, oraz nieco dalej niż system HR 6819, który w toku dalszych badań okazał sie być układem podwójnym z dwiema gwiazdami ciągu głównego, bez czarnej dziury. Gwiazda i czarna dziura w układzie Gaia BH1 krążą wokół siebie w okresie 185,59 dnia. Gwiazda jest podobna do Słońca, ma około 0,93 M☉ i promień 0,99 R☉ oraz temperaturę około 5850 K (5580°C), podczas gdy czarna dziura ma masę około 9,62 M☉. Biorąc pod uwagę taką masę, promień Schwarzschilda czarnej dziury powinien wynosi około 28 kilometrów.
Nowe odkrycie było możliwe dzięki dokładnym obserwacjom ruchu towarzysza czarnej dziury, gwiazdy podobnej do Słońca, która krąży wokół czarnej dziury mniej więcej w tej samej odległości, co Ziemia krążąca wokół Słońca. „Weź Układ Słoneczny, umieść czarną dziurę w miejscu Słońca, a Słońce w miejscu Ziemi, a otrzymasz ten układ” – wyjaśnił Kareem El-Badry, astrofizyk z Center for Astrophysics w Harvard & Smithsonian i Max Planck Institute for Astronomy, główny autor artykułu opisującego to odkrycie. „Chociaż było wiele rzekomych odkryć takich układów, prawie wszystkie zostały następnie obalone. Jest to pierwsze jednoznaczne wykrycie gwiazdy podobnej do Słońca na orbicie wokół czarnej dziury o masie gwiazdowej w naszej galaktyce”. Chociaż naszą galaktykę przemierzają prawdopodobnie miliony czarnych dziur o masach gwiazdowych, te nieliczne, które zostały wykryte, zostały namierzone dzięki ich interakcjom z towarzyszącymi im gwiazdami. Gdy materia z pobliskiej gwiazdy wiruje w kierunku czarnej dziury, ulega „przegrzaniu” i generuje silne promienie rentgenowskie oraz dżety materii. Jeśli czarna dziura nie żeruje aktywnie (czyli jest „uśpiona”), po prostu wtapia się w otoczenie.
Obserwatorium Gemini North / źródło: https://gemini.edu
Zespół pierwotnie zidentyfikował system jako potencjalnie zawierający czarną dziurę, analizując dane z sondy Gaia. Gaia uchwyciła drobne nieprawidłowości w ruchu gwiazdy spowodowane grawitacją niewidocznego, masywnego obiektu. Aby bardziej szczegółowo zbadać układ, El-Badry z kolegami skorzystali z instrumentu Gemini Multi-Object Spectrograph na Gemini North, który zmierzył prędkość gwiazdy towarzyszącej podczas jej orbitowania wokół czarnej dziury i zapewnił dokładny pomiar jej okresu orbitalnego. Dalsze obserwacje Gemini miały kluczowe znaczenie dla sprecyzowania ruchu orbitalnego, a tym samym mas dwóch komponentów w układzie podwójnym, umożliwiając zespołowi zidentyfikowanie centralnego ciała jako czarnej dziury około 10 razy masywniejszej niż nasze Słońce. „Nasze dalsze obserwacje Gemini potwierdziły ponad wszelką wątpliwość, że układ podwójny zawiera normalną gwiazdę i co najmniej jedną uśpioną czarną dziurę” – wyjaśnił El-Badry. „Nie mogliśmy znaleźć żadnego wiarygodnego scenariusza astrofizycznego, który mógłby wyjaśnić obserwowaną orbitę systemu, która nie obejmuje przynajmniej jednej czarnej dziury”.
Zespół polegał nie tylko na doskonałych zdolnościach obserwacyjnych Gemini North, ale także na zdolności Gemini do dostarczania danych w napiętym terminie, ponieważ zespół miał tylko krótkie okno na przeprowadzenie dalszych obserwacji. „Kiedy zauważyliśmy pierwsze oznaki, że system zawiera czarną dziurę, mieliśmy tylko tydzień, zanim oba obiekty znalazły się w najbliższej separacji na swoich orbitach. Pomiary w tym momencie są niezbędne do dokładnego oszacowania masy w układzie podwójnym”. powiedział El-Badry. „Zdolność Gemini do dostarczania szybkich obserwacji była kluczowa dla powodzenia projektu”.
JAK DO TEGO DOSZŁO? NIE WIADOMO
Obecne trwają wzmożone prace nad modelami ewolucji układów podwójnych, aby wyjaśnić, w jaki sposób mogła powstać osobliwa konfiguracja układu Gaia BH1. Gwiazda – prekursor, która później przekształciła się w nowo wykrytą czarną dziurę, powinna być co najmniej 20 razy masywniejsza od naszego Słońca. Oznacza to, że żyłaby tylko kilka milionów lat. Gdyby obie gwiazdy powstały w tym samym czasie, ta masywna gwiazda szybko przekształciłaby się w nadolbrzyma, nadymając i pochłaniając drugą gwiazdę, zanim ta zdążyła stać się właściwą, spalającą wodór gwiazdą ciągu głównego, taką jak nasze Słońce.
Wcale nie jest jasne, w jaki sposób gwiazda o masie Słońca mogła przetrwać ten epizod, stając się pozornie normalną gwiazdą, jak wskazują obserwacje układu. Wszystkie modele teoretyczne, które pozwalają na przetrwanie, przewidują, że gwiazda o masie Słońca powinna znaleźć się na znacznie ciaśniejszej orbicie niż to, co jest faktycznie obserwowane. Może to wskazywać, że istnieją istotne luki w naszym zrozumieniu tego, w jaki sposób czarne dziury powstają i ewoluują w układach podwójnych, a także sugerować istnienie jeszcze niezbadanej populacji uśpionych czarnych dziur w układach podwójnych. To zaś stawia wiele pytań o to, jak powstał ten układ podwójny, a także ile jest tam tych uśpionych czarnych dziur.
Nowe odkrycie dostarczyło nie tylko mocnych dowodów na istnienie najbliższej do tej pory czarnej dziury, ale także pierwszego systemu zawierającego czarną dziurę, bez przepływu gorącej materii, oddziałującej z czarną dziurą. Chociaż potencjalnie wróży to kolejne odkrycia całej populacji uśpionych czarnych dziur w Drodze Mlecznej, obserwacje pozostawiają również tajemnicę do rozwiązania – dlaczego gwiazda towarzysząca w tym układzie podwójnym jest tak normalna, pomimo wspólnej historii z egzotycznym sąsiadem?
273 views
