Przejdź do treści

Być może właśnie odkryto nową klasę czarnych dziur

img

Czarne dziury dla astrofizyków są bardzo ważną częścią Wszechświata. Tak ważną, że starają się stworzyć katalog wszystkich czarnych dziur w Drodze Mlecznej.

Jednak nowe badania pokazują, że w swoich badaniach naukowcy mogli pominąć całą klasę czarnych dziur, o której istnieniu nie wiedzieli.

W swoim artykule astronomowie proponują nowy sposób poszukiwania czarnych dziur i pokazują, że możliwe jest istnienie klasy czarnych dziur mniejszych niż najmniejsze czarne dziury znane we Wszechświecie. 

„Pokazujemy, że jest jeszcze inna populacja, której nie badaliśmy podczas poszukiwań czarnych dziur. Astronomowie próbują zrozumieć wybuchy supernowych, sposób eksplozji supermasywnych czarnych gwiazd, powstawanie pierwiastków w supermasywnych gwiazdach. Gdybyśmy zatem mogli odkryć nową populację czarnych dziur, powiedziałoby nam to więcej o tym, które gwiazdy eksplodują, a które nie, z których powstaną czarne dziury, a z których gwiazdy neutronowe. To nowy obszar badań” – powiedział Todd Thompson, profesor astronomii na Ohio State University i główny autor badania.

Astronomowie od dawna poszukują czarnych dziur, obiektów, których grawitacja jest tak silna, że nic – ani materia, ani promieniowanie – nie potrafi z nich uciec. Czarne dziury powstają, gdy niektóre gwiazdy umierając kurczą się i wybuchają. Astronomowie szukali również gwiazd neutronowych – małych, gęstych gwiazd, które powstają w wyniku śmierci i zapadnięcia się niektórych z nich.

Obydwa typy obiektów mogą zawierać interesujące informacje o ziemskich pierwiastkach oraz o tym, jak żyją i umierają gwiazdy. Ale aby uzyskać tę informację, astronomowie najpierw muszą dowiedzieć się, gdzie są czarne dziury. Aby się tego dowiedzieć, muszą wiedzieć, czego szukać.

Wskazówka: czarne dziury często występują w układach podwójnych. Oznacza to po prostu, że dwie gwiazdy znajdują się wystarczająco blisko siebie, aby wzajemnie oddziaływać ze sobą grawitacyjnie i krążyć wokół wspólnego środka masy. Kiedy jedna z tych gwiazd umiera, druga może przetrwać wciąż krążąc wokół miejsca, w którym żyła martwa gwiazda – obecnie czarna dziura lub gwiazda neutronowa.

Od lat specjaliści od czarnych dziur wiedzą, że mieszczą się one w przedziale od 5 do 15 mas Słońca. Znane gwiazdy neutronowe nie przekraczają mas 2,1 masy Słońca – gdyby miały ponad 2,5 masy Słońca, zapadałyby się w czarną dziurę.

Jednak latem 2017 r. w badaniach przeprowadzonych przez LIGO w galaktyce oddalonej o 1,8 mln lat św. zaobserwowano łączące się dwie czarne dziury. Jedna z nich miała masę 31 mas Słońca a druga 25 mas Słońca.

„Wszystkich to zaskoczyło. Nie tylko dlatego, że okazało się, że LIGO działa tak, jak się tego spodziewaliśmy, ale dlatego, że masy czarnych dziur okazały się tak ogromne. Nie obserwowano wcześniej czarnych dziur o takich masach.”

Thompson i inni astrofizycy od dawna podejrzewali, że rozmiary czarnych dziur mogą wykraczać poza znany zakres, a odkrycie LIGO wykazało, że faktycznie mogą one być większe. Jednak pomiędzy największymi gwiazdami neutronowymi i najmniejszymi czarnymi dziurami pozostało okno mas. Thompson postanowił sprawdzić, czy uda mu się rozwiązać także i tę zagadkę.

Wraz ze współpracownikami rozpoczęli analizowanie danych z eksperymentu APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution), w ramach którego zgromadzono widma ponad 100 000 gwiazd Drogi Mlecznej. Widmo może pokazać nam, czy gwiazda krąży wokół jakiegoś obiektu: zmiany w widmie – na przykład przesunięcie ku błękitowi, po którym następuje przesunięcie ku czerwieni – wskazuje, że gwiazda krąży wokół niewidocznego towarzysza.

Thompson rozpoczął przeszukiwanie danych, szukając gwiazd, które wykazywały tę zmianę, wykazując, że mogą krążyć wokół czarnej dziury.

Następnie, badacze zawęzili dane z APOGEE do 200 najbardziej interesujących gwiazd. Tharindu Jayasinghe, doktorant z Ohio State University otrzymał zadanie połączenia tysięcy zdjęć każdego potencjalnego układu podwójnego z ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae), przeglądu, który skatalogował ponad 1000 supernowych.

Analiza danych z obu zbiorów doprowadziła do odkrycia czerwonego olbrzyma, który wydaje się krążyć wokół czegoś, ale to coś według obliczeń jest znacznie mniejsze od znanych czarnych dziur w Drodze Mlecznej i dużo większe niż znane gwiazdy neutronowe.  

Po dalszych obliczeniach i uzyskaniu dodatkowych danych z Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph oraz satelity Gaia, astronomowie zdali sobie sprawę, że odkryli małomasywną czarną dziurę o masie około 3,3 masy Słońca.

„Udało nam się opracować nowy sposób poszukiwania czarnych dziur, ale również potencjalnie zdefiniowaliśmy jedną z pierwszych przedstawicielek nowej klasy małomasywnych czarnych dziur, o której astronomowie wcześniej nie wiedzieli. Masy każdych obiektów mówią nam wiele na temat procesów ich formowania się i ewolucji oraz o ich naturze” – powiedział Thompson.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Scientists may just have discovered a new class of black holes

Źródło: OSU