Przyczajona czarna dziura prekursorem nowej populacji

Łącząc dane z obserwatorium Chandra i kilku innych teleskopów astronomowie ustalili prawdziwą naturę nietypowego źródła promieniowania w Drodze Mlecznej. Odkrycie wskazuje na to, że w naszej galaktyce może znajdować się dużo większa liczba czarnych dziur niż dotychczas uważano. Główna część zdjęcia przedstawia promieniowanie rentgenowskie zarejestrowane przez obserwatorium Chandra (fioletowy), na które nałożono obraz optyczny zarejestrowany za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Na mniejszych panelach u dołu widać jasne źródło w zakresie promieniowania radiowego, które jednocześnie jest bardzo ciemne w zakresie rentgenowskim. Dane te pozwalają ocenić, że w środku tego źródła znajduje się czarna dziura o masie równej kilku masom Słońca. Źródło: NASA/CXC/Univ.of Alberta/B. Tetarenko et al; optyczny: NASA/STScI; radiowy: NSF/NRAO/VLA/Curtin Univ./J.Miler-Jones
Łącząc dane z obserwatorium Chandra i kilku innych teleskopów astronomowie ustalili prawdziwą naturę nietypowego źródła promieniowania w Drodze Mlecznej. Odkrycie wskazuje na to, że w naszej galaktyce może znajdować się dużo większa liczba czarnych dziur niż dotychczas uważano. Główna część zdjęcia przedstawia promieniowanie rentgenowskie zarejestrowane przez obserwatorium Chandra (fioletowy), na które nałożono obraz optyczny zarejestrowany za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Na mniejszych panelach u dołu widać jasne źródło w zakresie promieniowania radiowego, które jednocześnie jest bardzo ciemne w zakresie rentgenowskim. Dane te pozwalają ocenić, że w środku tego źródła znajduje się czarna dziura o masie równej kilku masom Słońca. Źródło: NASA/CXC/Univ.of Alberta/B. Tetarenko et al; optyczny: NASA/STScI; radiowy: NSF/NRAO/VLA/Curtin Univ./J.Miler-Jones

Astronomowie połączyli dane zebrane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz należącej do National Science Foundation  sieci Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i doszli do wniosku, że osobliwe źródło promieniowania na falach radiowych uważane dotychczas za odległą galaktykę, w rzeczywistości jest pobliskim układem podwójnym składającym się z gwiazdy o małej masie i czarnej dziury. Odkrycie to wskazuje, że w naszej Galaktyce może znajdować się olbrzymia liczba czarnych dziur, które dotychczas pozostawały niezauważone.

Od około dwudziestu lat astronomowie znają obiekt o oznaczeniu VLA J213002.08+120904 (w skrócie VLA J2130+12). Choć znajduje się on blisko linii widzenia do gromady kulistej M15, większość astronomów uważała, że źródłem jasnego promieniowania w zakresie radiowym była odległa galaktyka.

Dzięki najnowszym pomiarom odległości wykonanym za pomocą międzynarodowej sieci teleskopów, m.in. EVN (European Very Long Baseline Interferometry Network),  Teleskopu w Green Bank oraz Obserwatorium Arecibo w Portoryko, astronomowie uświadomili sobie, że VLA J2130+12 znajduje się 7200 lat świetlnych od nas – zatem znajduje się w naszej własnej galaktyce – Drodze Mlecznej – blisko pięć razy bliżej niż gromada kulista M15.  Zdjęcie wykonane za pocą obserwatorium Chandra wskazuje, że źródło emituje bardzo niewiele promieniowania w zakresie rentgenowskim, podczas gdy najnowsze dane zebrane za pomocą VLA wskazują, że jest ono bardzo jasne w zakresie radiowym.

Najnowsze badania wskazują, że VLA J2130+12 jest czarną dziurą o masie kilkukrotnie większej od masy Słońca, która powoli odziera z materii towarzyszącą jej gwiazdę. Przy tak niewielkim tempie zasysania materii VLA J2130+12 nie był dotychczas obiektem podejrzewanym o to, że jest czarną dziurą, ponieważ nie posiadał niektórych charakterystycznych dla tego typu obiektów oznak.

„Zazwyczaj odkrywamy czarne dziury gdy zasysają one ogromne ilości materii ze swoich gwiezdnych towarzyszy. Zanim opadnie na czarną dziurę, taka materia bardzo się podgrzewa i staje się bardzo jasna w zakresie rentgenowskim,” mówi Bailey Tetarenko z University of Alberta w Kanadzie, który kierował badaniami. „Natomiast ta czarna dziura jest na tyle spokojna, że praktycznie jest niewidoczna.”

To pierwszy w historii przypadek odkrycia układu podwójnego z czarną dziurą poza gromadą kulistą, w którym udało się odkryć czarną dziurę w fazie spokojnego zasysania niewielkiej ilości materii.

Obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a pozwoliły przypisać VLA J2130+12 o gwiazdy o masie zaledwie 1/10 do 1/5 masy Słońca. Obserwowana jasność w zakresie radiowym oraz ograniczenie jasności w zakresie rentgenowskim pozwoliły badaczom wyeliminowanie innych możliwych interpretacji, takich jak np. ultra-chłodne karły, gwiazdy neutronowe czy białe karły ściągające materię z gwiezdnego towarzysza.

Ze względu na fakt, że te konkretne badania ograniczały się jedynie do bardzo małego wycinka nieba, można wnioskować, że musi istnieć o wiele więcej takich układów podwójnych ze spokojną czarną dziurą. Szacunki wskazują, że w naszej Galaktyce może się znajdować od kilkudziesięciu tysięcy do kilku milionów takich czarnych dziur – to prawie 3-10 tysięcy razy więcej niż wskazywały na to wcześniejsze badania.

„W naszej galaktyce musi istnieć wiele więcej takich czarnych dziur – chyba że mieliśmy naprawdę niesamowicie duże szczęście, aby odkryć jeden taki obiekt na tak małym skrawku nieba,” mówi współautor opracowania Arash Bahramian z University of Alberta.

Istnieją także inne implikacje faktu ustalenia, że VLA J2130+12 znajduje się stosunkowo blisko nas.

„Niektóre z tych nieodkrytych czarnych dziur mogą znajdować się bliżej Ziemi niż nam się wydawało,” mówi Robin Arnason, współautor z Western University w Kanadzie. „Jednak nie ma co się obawiać – nawet w takiej sytuacji owe czarne dziury wciąż znajdowałyby się wiele lat świetlnych od nas.”

Aby możliwe było odkrycie kolejnych obiektów tego typu niezbędne będzie przeprowadzenie  przeglądów rozległych obszarów nieba w zakresie rentgenowskim i radiowym.

Jeżeli, tak jak wiele innych, ta czarna dziura powstała w płaszczyźnie dysku Drogi Mlecznej, potrzebowała niezłego przyspieszenia przy narodzinach, aby znaleźć się tam gdzie teraz się znajduje, 3000 lat świetlnych nad płaszczyzną galaktyki.

Artykuł opisujący wyniki badań opublikowany został w periodyki The Astrophysical Journal.

Źródło: NASA