Gwiazda na bardzo ciasnej orbicie wokół czarnej dziury

Astronomowie odkryli gwiazdę obiegającą najprawdopodobniej czarną dziurę w tempie 2 obiegów na godzinę. To może być najciaśniejszy układ gwiazdy i czarnej dziury dotąd obserwowany w Drodze Mlecznej.

Odkrycie możliwe było dzięki wykorzystaniu dwóch kosmicznych teleskopów NASA: Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i NuSTAR oraz Australia Telescope Compact Array w Australii.

Ów układ podwójny znajduje się w gęstej gromadzie kulistej 47 Tucanae należącej do Drogi Mlecznej, w odległości około 14 800 lat świetlnych od Ziemi.

Choć astronomowie znają ten układ podwójny od lat, to dopiero w 2015 roku zespół badaczy kierowany przez badaczy z Curtin University oraz International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) odkrył, że najprawdopodobniej składa się z czarnej dziury ściągającej materię ze swojego gwiezdnego towarzysza.

Najnowsze obserwacje prowadzone za pomocą obserwatorium Chandra wskazują, że układ – znany jako X9 – regularnie zmienia jasność w zakresie rentgenowskim co 28 minut. Najprawdopodobniej tyle czasu zajmuje gwieździe wykonanie pełnego obiegu wokół czarnej dziury.

Biorąc pod uwagę duże ilości tlenu w tym układzie, prawdopodobna jest obecność w układzie X9 białego karła krążącego wokół czarnej dziury w odległości zaledwie 2,5 odległości Ziemia-Księżyc.

Ten biały karzeł jest tak blisko czarnej dziury, że materia zdzierana z gwiazdy formuje dysk materii wokół czarnej dziury, powoli na nią opadając – mówi pierwszy autor artykułu dr Arash Bahramian z Uniwersytetu Alberty w Kanadzie.

Na szczęście sama gwiazda raczej nie podąży ku zagładzie – wydaje nam się, że pozostanie na swojej orbicie.

Chociaż orbita białego karła wydaje się stabilna, a sama gwiazda raczej nie zostanie rozerwana przez czarną dziurę, jej los jest niepewny.

Prof. James Miller-Jones z Curtis University oraz ICRAR mówi: Uważamy, że gwiazda może tracić gaz na rzecz czarnej dziury od dziesiątek milionów lat i do teraz straciła już większość swojej masy.

Z czasem orbita gwiazdy może się zacząć poszerzać wraz z utratą masy z czasem stając się egzotycznym obiektem podobnym do słynnej diamentowej planety odkrytej kilka lat temu.

W jaki sposób czarna dziura otrzymała takiego bliskiego towarzysza? Jedna z możliwości mówi, że czarna dziura mogła uderzyć w czerwonego olbrzyma i z czasem gdy gaz tworzący zewnętrzne warstwy gwiazdy został pochłonięty, powstał układ podwójny składający się z czarnej dziury i białego karła. Orbita składników układu powoli się kurczyła wskutek emisji fal grawitacyjnych, aż do momentu gdy czarna dziura zaczęła ściągać materię z białego karła.

Fale grawitacyjne wyemitowane przez taki układ podwójny mają za niską częstotliwość, aby mogły być wykryte przez naziemne obserwatoria, które potwierdziły istnienie fal grawitacyjnych w ubiegłym roku, aczkolwiek przyszłe, kosmiczne obserwatoria fal grawitacyjnych mogą potencjalnie być w stanie je wykryć.

Źródło: ICRAR

Artykuł naukowy: https://arxiv.org/abs/1702.02167