Astronomowie odkryli wędrującą czarną dziurę, ich ilość w naszej galaktyce szacuje się na 100 milionów

Astronomowie szacują, że 100 milionów czarnych dziur wędruje wśród gwiazd w naszej galaktyce, ale nigdy ostatecznie nie zidentyfikowali odosobnionej czarnej dziury. Po sześciu latach drobiazgowych obserwacji, Kosmiczny Teleskop Hubble’a po raz pierwszy w historii dostarczył bezpośrednich dowodów na samotną czarną dziurę dryfującą w przestrzeni międzygwiazdowej poprzez precyzyjny pomiar masy obiektu fantomowego. Do tej pory wszystkie masy czarnych dziur były wywnioskowane statystycznie lub poprzez interakcje w układach podwójnych lub w jądrach galaktyk. Czarne dziury o masie gwiazdowej są zwykle znajdowane wraz z towarzyszącymi im gwiazdami, co czyni ją niezwykłą.

Nowo wykryta wędrująca czarna dziura leży około 5000 lat świetlnych od nas, w ramieniu spiralnym Carina-Sagittarius naszej galaktyki. Jednak jego odkrycie pozwala astronomom oszacować, że najbliższa odizolowana od Ziemi czarna dziura o masie gwiazdowej może znajdować się w odległości nawet 80 lat świetlnych. Najbliższa gwiazda naszego Układu Słonecznego, Proxima Centauri, znajduje się nieco ponad 4 lata świetlne od nas.

Czarne dziury wędrujące po naszej galaktyce powstają z rzadkich, potwornych gwiazd (mniej niż jedna tysięczna gwiezdnej populacji galaktyki), które są co najmniej 20 razy masywniejsze niż nasze Słońce. Gwiazdy te eksplodują jako supernowe, a pozostałość jądra zostaje zmiażdżona przez grawitację w czarną dziurę. Ponieważ samodetonacja nie jest idealnie symetryczna, czarna dziura może dostać kopniaka i przelecieć przez naszą galaktykę jak wystrzelona kula armatnia.

Teleskopy nie mogą sfotografować czarnej dziury, ponieważ nie emituje ona żadnego światła. Jednak czarna dziura zakrzywia przestrzeń, która następnie odchyla i wzmacnia światło gwiazd od wszystkiego, co na chwilę ustawia się dokładnie za nią. Teleskopy naziemne, które monitorują jasność milionów gwiazd w bogatych polach gwiazd w kierunku centralnego zgrubienia naszej Drogi Mlecznej, szukają charakterystycznego nagłego pojaśnienia jednej z nich, gdy między nami a gwiazdą przechodzi masywny obiekt. Następnie Hubble śledzi najciekawsze tego typu wydarzenia.

Dwa zespoły wykorzystały dane z Hubble’a w swoich dochodzeniach — jeden kierowany przez Kailasha Sahu z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland i drugi Casey Lam z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Wyniki zespołów nieco się różnią, ale oba sugerują obecność zwartego obiektu. Wypaczanie przestrzeni spowodowane grawitacją obiektu na pierwszym planie przechodzącego przed gwiazdą znajdującą się daleko za nią spowoduje chwilowe zagięcie i wzmocnienie światła gwiazdy tła, gdy przechodzi przed nią. Astronomowie wykorzystują zjawisko zwane mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym do badania gwiazd i egzoplanet w około 30 000 zdarzeń zaobserwowanych do tej pory w naszej galaktyce.

Sygnatura czarnej dziury na pierwszym planie wyróżnia się spośród innych zjawisk mikrosoczewkowania. Bardzo intensywna grawitacja czarnej dziury wydłuża czas soczewkowania o ponad 200 dni. Ponadto, gdyby ingerujący obiekt był zamiast tego gwiazdą pierwszego planu, spowodowałoby to przejściową zmianę koloru w świetle gwiazdy, jak zmierzono, ponieważ światło z gwiazd pierwszego planu i tła zostałoby chwilowo zmieszane. Ale w przypadku czarnej dziury nie zaobserwowano zmiany koloru. Następnie Hubble został wykorzystany do pomiaru odchylenia obrazu gwiazdy tła przez czarną dziurę. Hubble jest zdolny do niezwykłej precyzji potrzebnej do takich pomiarów. Obraz gwiazdy był przesunięty w stosunku do normalnego miejsca o około milisekundę. Odpowiada to pomiarowi średnicy 25-centowej monety w Los Angeles widzianej z Nowego Jorku.

Ta astrometryczna technika mikrosoczewkowania dostarczyła informacji o masie, odległości i prędkości czarnej dziury. Wielkość odchylenia spowodowanego intensywnym zakrzywieniem przestrzeni kosmicznej przez czarną dziurę pozwoliła zespołowi Sahu oszacować, że waży ona siedem mas Słońca.

Zespół Lama donosi o nieco niższym zakresie mas, co oznacza, że ​​obiekt może być gwiazdą neutronową lub czarną dziurą. Szacują, że masa niewidzialnego zwartego obiektu jest od 1,6 do 4,4 razy większa od masy Słońca. Na górnym końcu tego zakresu obiekt byłby czarną dziurą; na dole byłaby to gwiazda neutronowa.

Choć chcielibyśmy powiedzieć, że jest to zdecydowanie czarna dziura, musimy zgłosić wszystkie dozwolone rozwiązania. Obejmuje to zarówno czarne dziury o mniejszej masie, a być może nawet gwiazdę neutronową.powiedziała Jessica Lu z zespołu Berkeley.

Cokolwiek to jest, obiekt jest pierwszą odkrytą ciemną pozostałością gwiezdną wędrującą przez galaktykę bez innej gwiazdy.dodał Lam.

Był to szczególnie trudny pomiar, ponieważ istnieje jasna, niepowiązana gwiazda, która jest bardzo blisko w odległości kątowej od gwiazdy źródłowej.

Więc to tak, jakby próbować zmierzyć maleńki ruch robaczka świętojańskiego obok jasnej żarówki. Musieliśmy skrupulatnie odjąć światło od pobliskiej jasnej gwiazdy, aby dokładnie zmierzyć ugięcie słabego źródła.powiedział Sahu.

Zespół Sahu szacuje, że odosobniona czarna dziura przemierza galaktykę z prędkością 160 000 kilometrów na godzinie (wystarczająco szybko, aby podróżować z Ziemi na Księżyc w mniej niż trzy godziny). To szybciej niż większość sąsiednich gwiazd w tym regionie naszej galaktyki.

Mikrosoczewkowanie astrometryczne jest koncepcyjnie proste, ale obserwacyjnie bardzo trudne. Mikrosoczewkowanie to jedyna dostępna technika identyfikacji izolowanych czarnych dziur.powiedział Sahu.

Kiedy czarna dziura przeszła przed gwiazdą tła znajdującą się 19 000 lat świetlnych od nas w zgrubieniu galaktycznym, światło gwiazdy zbliżające się do Ziemi było wzmacniane przez 270 dni w miarę przechodzenia czarnej dziury. Jednak zajęło kilka lat obserwacji Hubble’a, aby prześledzić, w jaki sposób pozycja gwiazdy tła wydaje się być odchylana przez zakrzywienie światła przez czarną dziurę na pierwszym planie.

Istnienie czarnych dziur o masie gwiazdowej było znane od wczesnych lat siedemdziesiątych, ale wszystkie ich pomiary masy – aż do teraz – dokonywane były w układach podwójnych gwiazd. Gaz z gwiazdy towarzyszącej wpada do czarnej dziury i jest podgrzewany do tak wysokich temperatur, że emituje promieniowanie rentgenowskie. Masy około dwóch tuzinów czarnych dziur zmierzono w podwójnych promieniach rentgenowskich dzięki ich wpływowi grawitacyjnemu na towarzyszących im towarzyszom. Szacunki masy wahają się od 5 do 20 mas Słońca. Czarne dziury wykryte w innych galaktykach przez fale grawitacyjne z połączenia czarnych dziur z obiektami towarzyszącymi miały aż 90 mas Słońca.

Wykrycie izolowanych czarnych dziur zapewni nowy wgląd w populację tych obiektów w naszej Drodze Mlecznej.powiedział Sahu.

Ale jest to poszukiwanie igły w stogu siana. Przewiduje się, że tylko jedno na kilkaset przypadków mikrosoczewkowania jest spowodowane przez izolowane czarne dziury.

Nadchodzący Nancy Grace Roman Kosmiczny Teleskop NASA odkryje kilka tysięcy zdarzeń mikrosoczewkowania, z których wiele ma być czarnymi dziurami, a odchylenia będą mierzone z bardzo dużą dokładnością.

W artykule z 1916 roku na temat ogólnej teorii względności Albert Einstein przewidział, że jego teorię można sprawdzić, obserwując grawitację słoneczną przenoszącą pozorną pozycję gwiazdy tła. Zostało to przetestowane podczas współpracy prowadzonej przez astronomów Arthura Eddingtona i Franka Dysona podczas zaćmienia Słońca 29 maja 1919 roku. Eddington i jego koledzy zmierzyli tło gwiazdy przesunięte o 2 sekundy kątowe, potwierdzając teorię Einsteina. Ci naukowcy nie mogli sobie wyobrazić, że ponad sto lat później ta sama technika zostanie wykorzystana – z niewyobrażalną precyzją tysiąckrotnie lepszą – do poszukiwania czarnych dziur w całej galaktyce.

info: HubbleSite

_______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
Postaw mi kawę na buycoffee.to