Przejdź do treści

Gwiazdowa czarna dziura, której nie powinno być

img

Szacuje się, że w naszej Drodze Mlecznej jest 100 mln gwiazdowych czarnych dziur – kosmicznych ciał utworzonych przez zapadnięcie się masywnych gwiazd i tak gęstych, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec. Do tej pory naukowcy oszacowali masę pojedynczej gwiazdowej czarnej dziury w naszej galaktyce na nie więcej niż 20 mas Słońca. Ale odkrycie ogromnej czarnej dziury obaliło to założenie.

Zespół kierowany przez prof. LIU Jifenga z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Chin (NAOC) zauważył gwiazdową czarną dziurę o masie 70 Słońc. Monstrualna czarna dziura znajduje się 15 000 lat świetlnych od Ziemi i została nazwana przez naukowców LB-1.

Odkrycie to było dużą niespodzianką. „Zgodnie z większością obecnych modeli ewolucji gwiazd, czarne dziury o takiej masie nie powinny istnieć w naszej galaktyce. Myśleliśmy, że bardzo masywne gwiazdy o składzie chemicznym typowym dla Drogi Mlecznej muszą wyrzucić większość gazu gdy zbliżają się do końca swojego życia. Dlatego nie powinny pozostać po nich tak masywne obiekty. LB-1 jest dwa razy większa, niż było uważane za możliwe” – powiedział prof. LIU.

Jeszcze kilka lat temu gwiazdowe czarne dziury można było odkryć tylko wtedy, gdy pochłonęły gaz z gwiazdy towarzyszącej. Proces ten tworzy silne emisje rentgenowskie, wykrywalne z Ziemi, które wskazują obecność zapadniętego obiektu,

Ogromna większość gwiazdowych czarnych dziur w naszej galaktyce nie jest jednak zaangażowana w kosmiczny bankiet, a zatem nie emitują promieniowania X. W rezultacie tylko ok. dwa tuziny czarnych dziur w Galaktyce zostało dobrze zidentyfikowane i zmierzone.

Aby zapobiec temu ograniczeniu, prof. LIU i jego współpracownicy zbadali niebo przy pomocy chińskiego teleskopu Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), szukając gwiazd krążących wokół niewidzialnych obiektów, przyciąganych przez grawitację.

Ta technika obserwacyjna została po raz pierwszy zaproponowana przez angielskiego naukowca Johna Michella w 1783 r., ale stała się możliwa do zrealizowania dopiero dzięki najnowszym udoskonaleniom technologicznym teleskopów i detektorów.

Jednak takie poszukiwania są jak szukanie przysłowiowej igły w stogu siana: tylko jedna gwiazda na tysiąc może krążyć wokół czarnej dziury.

Po wstępnym odkryciu, do określenia parametrów fizycznych układu wykorzystano największe na świecie teleskopy optyczne: 10,4-metrowy hiszpański Gran Telescopio Canarias i 10-metrowy teleskop Keck I w Stanach Zjednoczonych. Rezultaty były fantastyczne: zaobserwowano gwiazdę ośmiokrotnie masywniejszą od Słońca okrążającą czarną dziurę o masie 70 Słońc w czasie 79 dni.

Odkrycie LB-1 idealnie dopasowuje się do kolejnego przełomu w astrofizyce. Ostatnio detektory LIGO i Virgo zaczęły wychwytywać fale w czasoprzestrzeni wywołane zderzeniami czarnych dziur w odległych galaktykach. Co ciekawe, czarne dziury uczestniczące w takich zdarzeniach są również znacznie większe niż to, co wcześniej uważano za typowe.

Bezpośrednia obserwacja LB-1 dowodzi, że ta populacja nadmiernie masywnych czarnych dziur istnieje nawet na naszym własnym podwórku. „To odkrycie zmusza nas do ponownego zbadania modeli powstawania czarnych dziur o masie gwiazdowej” – powiedział dyrektor LIGO, prof. David Reitze z University of Florida w USA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Chinese Academy of Sciences Leads Discovery of Unpredicted Stellar Black Hole

A wide star–black-hole binary system from radial-velocity measurements

Źródło: CAS

Na zdjęciu: Wizja artystyczna LB-1: Akrecja gazu na gwiazdową czarną dziurę z niebieskiej gwiazdy towarzyszącej. Źródło: YU Jingchuan, planetarium w Pekinie, 2019.