Odkryto uśpioną czarną dziurę w innej galaktyce

Międzynarodowy zespół naukowców, w tym - z Polski, odkrył "uśpioną" czarną dziurę o masie gwiazdowej w Wielkim Obłoku Magellana - galaktyce sąsiedniej względem naszej. O odkryciu poinformowały ESO oraz Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego. Co ciekawe, wśród autorów odkrycia jest grupa naukowców, którzy do tej pory raczej obalali podobne odkrycia, dokonane przez inne grupy. W komunikacie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) wskazano, że mają nawet pseudonim "policja czarnych dziur". Tym razem jednak astronomiczni detektywi sami znaleźli tego rodzaju obiekt - i ogłosili to w "Nature Astronomy".

Chociaż już wcześniej były proponowane podobne kandydatki na czarne dziury - to wskazano, że tym razem chodzi o pierwszą "uśpioną" czarną dziurę o masie gwiazdowej, jednoznacznie wykrytą w innej galaktyce poza Drogą Mleczną.

Czarna dziura o masie gwiazdowej powstaje na koniec życia masywnej gwiazdy, która zapada się pod wpływem własnej grawitacji. Jeśli nastąpi to w układzie podwójnym, w efekcie wokół siebie krążyć będą jasna gwiazda i czarna dziura. W przypadku, gdy czarna dziura nie emituje ze swoich okolic wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego - astronomowie mówią, że jest "uśpiona". Te uśpione najtrudniej znaleźć, gdyż prawie wcale nie oddziałują ze swoim otoczeniem.

Badacze przeszukali prawie tysiąc masywnych gwiazd w rejonie mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana. Naukowcy z grupy, którą kierował dr Tomer Shenar z Uniwersytetu Amsterdamskiego, szukali takich gwiazd, które mają za towarzyszki czarne dziury. Okazało się, że jeden z układów, o nazwie VFTS 243, składa się z gorącej, niebieskiej gwiazdy o masie 25 razy większej, niż masa Słońca, i niewidocznego obiektu o masie co najmniej 9 razy większej niż masa Słońca. Przetestowano różne hipotezy dotyczące natury niewidocznego składnika i ostatecznie okazało się, że jedynym możliwym wytłumaczeniem jest uśpiona czarna dziura.

Odkrycia dokonano dzięki obserwacjom prowadzonym przez sześć lat przy pomocy instrumentu instrumentu Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES), obecnym na należącym do ESO teleskopie VLT w Obserwatorium Paranal w Chile.

Istotnym elementem badań były także obserwacje prowadzone przez polskich astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego w ramach projektu OGLE, warszawskim teleskopem w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Obserwacje te trwały wiele lat i pokazały, że jasność układu w minimalny sposób zmienia się w trakcie okresu orbitalnego z powodu zniekształcenia grawitacyjnego głównej gwiazdy przez czarną dziurę. Obserwowane efekty świetnie zgadzają się z przewidywaniami modelu.

Wydaje się, że czarna dziura powstała bez wcześniejszego wybuchu supernowej, zapadając się całkowicie. Świadczą o tym brak pozostałości po wybuchu oraz niemal kołowa orbita. Jest to zgodne z hipotezą, że najmasywniejsze gwiazdy kończą swój żywot właśnie w taki sposób.

Naukowcy przewidują, że druga gwiazda również kiedyś zmieni się w czarną dziurę i będziemy mieli do czynienia z układem dwóch czarnych dziur, powoli zacieśniających swoją orbitę na skutek emisji fal grawitacyjnych. Połączenie tych czarnych dziur w jedną nastąpi w bardzo dalekiej przyszłości, za kilkadziesiąt, a nawet kilkaset miliardów lat.

Sądzi się, że tysiące uśpionych czarnych dziur mogą występować w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana. W tym kontekście warto dodać, że do druku w "Astronomy & Astrophysics" przyjęta została niedawno inna publikacja, przedstawiająca wyniki podobnego odkrycia: obiecującej kandydatki na czarną dziurę o masie gwiazdowej w systemie HD 130298 w Drodze Mlecznej.

Wśród autorów nowej publikacji, która ukazała się w "Nature Astronomy", jest wiele polskich nazwisk: 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, Marcin Wrona.

Krzysztof Czart