Naukowcy odkrywają czarną dziurę, której nikt się nie spodziewał

Akrecja gazu przez gwiezdną czarną dziurę z niebieskiego towarzysza poprzez dysk akrecyjny (wizja artystyczna). Źródło: Yu Jingchuan, Beijing Planetarium, 2019.

Międzynarodowy zespół kierowany przez prof. Liu Jifenga z National Astronomical Observatory of China w Chińskiej Akademii Nauk (NAOC) odkrył gwiezdną czarną dziurę o masie 70 razy większej od masy Słońca. Ta ogromna czarna dziura znajduje się 15 000 lat świetlnych od Ziemi i nosi teraz oznaczenie LB-1.

Szacuje się, że w Drodze Mlecznej znajduje się około 100 milionów gwiezdnych czarnych dziur – obiektów powstałych wskutek kolapsu masywnych gwiazd. Jak dotąd naukowcy szacowali masę poszczególnych gwiezdnych czarnych dziur na maksymalnie 20 mas Słońca. Jednak odkrycie przez chiński zespół omawianej czarnej dziury podważyło to założenie.

Artykuł naukowy opisujący odkrycie opublikowano w periodyku Nature.

Dostrzeżenie LB-1 było ogromnym zaskoczeniem. “Czarne dziury o takiej masie nie powinny istnieć w naszej galaktyce – przynajmniej tak mówi większość obecnych modeli ewolucji gwiazd” mówi prof. Liu. “Przyjmowaliśmy, że bardzo masywne gwiazdy o typowym składzie chemicznych w naszej galaktyce, muszą odrzucać większość swojego gazu w bardzo silnych wiatrach gwiezdnych, zbliżając się do końca swojego życia. Z tego też powodu nie mogłyby one pozostawiać po sobie tak masywnych pozostałości. LB-1 jest dwa razy masywniejsza od tego co uważaliśmy za maksimum. Teraz teoretycy będą musieli zmierzyć się z tym problemem i spróbować wyjaśnić jak powstał ten obiekt”.

Jeszcze kilka lat temu, gwiezdne czarne dziury można było obserwować tylko wtedy gdy pożerały one gaz z towarzyszących im gwiazd. Proces ten powoduje emisję silnego promieniowania rentgenowskiego, które możemy obserwować z Ziemi. Stąd też dowiadujemy się o obecności czarnej dziury.

Jednak znacząca większość gwiezdnych czarnych dziur w naszej galaktyce nie pożera aktywnie gazu, a tym samym nie emituje promieni rentgenowskich. Dlatego też jak dotąd dobrze zidentyfikowano i zmierzono zaledwie kilkadziesiąt gwiezdnych czarnych dziur w Drodze Mlecznej.

Aby ominąć to ograniczenie, prof. Liu wraz ze współpracownikami dokonał przeglądu nieba za pomocą chińskiego Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), poszukując gwiazd krążących wokół niewidocznych obiektów. Jednak tego typu poszukiwania przypominają poszukiwanie przysłowiowej igły w stogu siana: zaledwie jedna gwiazda na tysiąc może krążyć wokół czarnej dziury.

Po pierwszym odkryciu największe teleskopy optyczne na świecie – 10,4-metrowy Gran Telescopio Canarias oraz 10-metrowy Keck I – wykorzystano do określenia fizycznych parametrów układu. Wyniki tych obserwacji były wprost fantastyczne: gwiazda o masie 8 mas Słońca okrąża czarną dziurę o masie 70 mas Słońca w ciągu 79 dni.

Odkrycie LB-1 idealnie pasuje do innego przełomu w astrofizyce. Niedawno detektory fal grawitacyjnych LIGO oraz VIrgo zaczęły odkrywać zmarszczki czasoprzestrzeni spowodowane przez zderzenia czarnych dziur w odległych galaktykach. Co ciekawe, czarne dziury biorące udział w tych zderzeniach także są masywniejsze od tych, które dotychczas uważano za typowe.

Bezpośrednie odkrycie LB-1 dowodzi, że populacja przesadnie masywnych gwiezdnych czarnych dziur istnieje także w naszym sąsiedztwie. “Odkrycie to zmusza nas do ponownego przeanalizowania naszych modeli formowania czarnych dziur o masach gwiazdowych” mówi prof. David Reitze, dyrektor LIGO.

“To zdumiewające odkrycie wraz z detekcjami LIGO-Virgo w ciągu ostatnich czterech lat wskazuje na istny renesans naszej wiedzy o astrofizyce czarnych dziur” dodaje Reitze.

Źródło: Chińska Akademia Nauk

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.