Znaleziono uśpioną czarną dziurę poza naszą galaktyką

Międzynarodowa grupa naukowców odkryła „uśpioną” czarną dziurę o masie gwiazdowej w Wielkim Obłoku Magellana. To pierwszy tego typu obiekt poza naszą galaktyką. Istotny wkład w badania mieli polscy astronomowie.

Czarne dziury wzbudzają ciekawość wielu osób, w tym naukowców. Badacze z grupy kierowanej przez Tomera Shenara z Uniwersytetu Amsterdamskiego do tej pory byli znani pod pseudonimem „policja czarnych dziur”, gdyż mają na swoim koncie astronomiczne śledztwa obalające niektóre z odkryć związanych z czarnymi dziurami. Tym razem jednak astronomiczni detektywi sami znaleźli czarną dziurę i ogłosili to w „Nature Astronomy”.

Pomimo że już wcześniej wskazywano podobne kandydatki na czarne dziury, to komunikaty Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) i Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego (OA UW) podkreślają, że to pierwsza jednoznacznie zidentyfikowana „uśpiona” czarna dziura o masie gwiazdowej poza Drogą Mleczną.

Czarne dziury mogą mieć różne masy. Dwie główne kategorie to czarne dziury o masie gwiazdowej oraz supermasywne czarne dziury. Omawiane odkrycie dotyczy obiektu pierwszego rodzaju. Tego typu czarne dziury powstają, gdy masywna gwiazda zapada się pod wpływem własnej grawitacji na końcu swej ewolucji. Jeżeli w pobliżu czarnej dziury nie ma materii, z którą mogłaby oddziaływać (i emitować w efekcie różnych procesów wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie), to mówi się, że taka czarna dziura jest „uśpiona”. Taki uśpiony obiekt jest najtrudniej wykryć.

Naukowcy postanowili podjąć się tego zadania i poszukać czarnych dziur w obszarze mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana, analizując gwiazdy, które mogą mieć w swoim pobliżu jako drugi obiekt czarną dziurę. Przejrzano w ten sposób blisko tysiąc masywnych gwiazd – i udało się wykryć układ VFTS 243, który składa się z gorącej, niebieskiej gwiazdy o masie 25 razy większej niż masa Słońca, oraz niewidocznego obiektu o masie co najmniej 9 razy większej niż masa Słońca. Po przetestowaniu różnych hipotez naukowcy stwierdzili, że jedynym wyjaśnieniem istnienia mniej masywnego obiektu w tym systemie jest uśpiona czarna dziura.

Analizy prowadzono na podstawie obserwacji rozciągniętych na sześć lat i dokonywanych za pomocą instrumentu Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES), który pracuje na należącym do ESO teleskopie VLT w Obserwatorium Paranal w Chile. Dodatkowo istotnym elementem były obserwacje prowadzone od kilkunastu lat przez polskich astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego w ramach projektu OGLE (polskim teleskopem w Obserwatorium Las Campanas w Chile). Polskie obserwacje pokazały, że jasność układu w minimalny sposób zmienia się w trakcie okresu orbitalnego z powodu zniekształcenia grawitacyjnego głównej gwiazdy przez czarną dziurę, co bardzo dobrze zgadza się z efektami przewidywanymi przez model.

Naukowcy wskazują, że czarna dziura w systemie VFTS 243 prawdopodobnie powstała poprzez całkowite zapadnięcie się gwiazdy, bez wcześniejszej eksplozji supernowej. Argumentami za takim przebiegiem wydarzeń są brak pozostałości po wybuchu oraz niemal kołowa orbita. Co ciekawe, zapadnięcie się gwiazdy do czarnej dziury bez wybuchu supernowej jest zgodne z hipotezą dotyczącą tego, w jaki sposób swoją ewolucję kończą najmasywniejsze gwiazdy.

Układ VFTS 243 może w przyszłości zyskać drugą czarną dziurę, gdy ewolucję zakończy druga z gwiazd. Wtedy powstanie para czarnych dziur, powoli zacieśniających swoją orbitę na skutek emisji fal grawitacyjnych. Za kilkadziesiąt albo nawet kilkaset miliardów lat te dwie czarne dziury połączą się w jedną.

Wiadomo też o innym podobnym przypadku kandydatki na czarną dziurę, ale w naszej galaktyce: do druku w „Astronomy & Astrophysics” przyjęto publikację opisującą system HD 130298 w Drodze Mlecznej, w którym może skrywać się czarna dziura o masie gwiazdowej. To może być dopiero początek odkryć uśpionych czarnych dziur, bowiem badacze sądzą, że w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana powinny być ich tysiące.

Oto lista polskich astronomów spośród grona autorów publikacji w „Nature Astronomy” opisującej znalezienie uśpionej czarnej dziury w układzie VFTS 243: Mariusz Gromadzki, Patryk Iwanek, Szymon Kozłowski, Przemysław Mróz, Paweł Pietrukowicz, Radosław Poleski, Krzysztof Rybicki, Dorota M. Skowron, Jan Skowron, Igor Soszyński, Michał K. Szymański, Andrzej Udalski, Krzysztof Ulaczyk i Marcin Wrona.

Więcej informacji: