System z „najbliższą czarną dziurą” jednak jej nie posiada

W 2020 roku zespół kierowany przez astronomów z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) raportował o najbliższej czarnej dziurze względem Ziemi, położonej w systemie HR 6819, zaledwie 1000 lat świetlnych od nas. Jednak wyniki tych badań zostały zakwestionowane przez innych badaczy, w tym przez międzynarodową grupę związaną z KU Leuven w Belgii. W opublikowanym dzisiaj artykule oba zespoły połączyły siły i pokazały raport, że w HR 6819 jednak nie ma czarnej dziury, a zamiast tego znajduje się wampiryczny układ dwóch gwiazd w rzadkim i krótkim stadium swojej ewolucji.

Pierwotne badania HR 6819 uzyskały duże zainteresowanie zarówno ze strony mediów, jak i naukowców. Thomas Rivinius, pracujący w Chile astronom ESO, pierwszy autor tej publikacji, nie był zaskoczony odbiorem odkrycia czarnej dziury przez społeczność astronomiczną. „Nie tylko jest to normalne, ale tak powinno być, że wyniki badań zostają krytycznie przeanalizowane, a szczególnie wyniki podawane w nagłówkach mediów.”

Rivinius i jego współpracownicy byli przekonani, że najlepszym wyjaśnieniem dla danych, które uzyskano przy pomocy 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO, była potrójność systemu HR 6819 z jedną gwiazdą krążącą wokół czarnej dziury co 40 dni i drugą na znacznie szerszej orbicie. Ale badania, którymi kierowała Julia Bodensteiner, wtedy doktorantka w KU Leuven (Belgia), zaproponowały inne wyjaśnienie dla tych samych danych: HR 6819 może być systemem złożonym jedynie z dwóch gwiazd na 40-dniowej orbicie, bez czarnej dziury. Ten alternatywny scenariusz wymaga, aby jedna z gwiazd była odarta z materii, czyli we wcześniejszej gazie utraciła znaczną część swojej masy na rzecz drugiej gwiazdy.

Dotarliśmy do limitu istniejących danych, musieliśmy więc uruchomić inną strategię obserwacyjną, aby zdecydować pomiędzy dwoma scenariuszami zaproponowanymi przez oba zespołymówi Abigail Frost, badaczka z KU Leuven, która kierowała nowymi badaniami opublikowanymi dzisiaj w Astronomy & Astrophysics.

Aby rozwikłać zagadkę, obydwa zespoły współpracowały w uzyskaniu nowych, ostrzejszych danych na temat HR 6819, używając należących do ESO: Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) i Interferometru Bardzo Dużego Teleskopu (VLTI). „VLTI był jedynym urządzeniem, które mogło dać nam rozstrzygające dane, których potrzebowaliśmy do rozróżnienia pomiędzy dwoma wyjaśnieniami” mówi Dietrich Baade, autor zarówno oryginalnych badań HR 6819, jak i nowej publikacji w Astronomy & Astrophysics. Ponieważ nie ma sensu wnioskować o te same obserwacje dwukrotnie, oba zespoły połączyły siły, co pozwoliło współdzielić zasoby i wiedzę, aby odkryć prawdziwą naturę systemu.

Scenariusze, które analizowaliśmy, były dość jasne, bardzo różne i łatwe do odróżnienia za pomocą odpowiedniego instrumentu. Zgodziliśmy się, że istnieją dwa źródła światła w systemie, a więc pytaniem było czy krążą one blisko wokół siebie w scenariuszu z odartą z materii gwiazdą, albo czy są od siebie mocno odseparowane w scenariuszu z czarną dziurą. mówi Rivinius.

Aby rozróżnić pomiędzy dwoma propozycjami, astronomowie użyli instrumentu GRAVITY na VLTI oraz instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na VLT.

MUSE potwierdził, że nie ma jasnego towarzysza na szerokiej orbicie, a rozdzielczość przestrzenna GRAVITY była w stanie rozdzielić dwa jasne źródła odległe od siebie o zaledwie jedną trzecią dystansu pomiędzy Ziemią, a Słońcem. Dane te okazały się finalnym elementem układanki i pozwoliły nam stwierdzić, że HR 6819 jest układem podwójnym bez czarnej dziury.tłumaczy Frost.
Nasza obecnie najlepsza interpretacja to dostrzeżenie układu podwójnego w momencie krótko po tym, jak jedna z gwiazd wyssała atmosferę swojej towarzyszki. To typowe zjawisko w ciasnych układach podwójnych, czasami nazywane w mediach gwiezdnym wampiryzmem. Gdy gwiazda dawczyni została odarta z części swojej materii, a gwiazda, która ją przejęła, zaczęła obracać się znacznie szybciej. wyjaśnia Bodensteiner, obecnie stażystka w ESO w Niemczech i autorka nowych badań.
Uchwycenie tej fazy po interakcji jest niezmiernie trudne, ponieważ jest bardzo krótka. Czyni to nasze badania HR 6819 bardzo ekscytującymi, gdyż układ jest idealnym kandydatem do zbadania, jak wampiryzm wpływa na ewolucję gwiazd masywnych, a w efekcie na powstawanie związanych z nimi zjawisk, w trym fal grawitacyjnych i gwałtownych wybuchów supernowych.dodaje Frost.

Nowo uformowany wspólny zespół Leuven-ESO planuje teraz bliżej monitorować HR 6819 przy pomocy instrumentu GRAVITY na VLTI. Z upływem czasu naukowcy przeprowadzą połączone badania systemu, aby lepiej zrozumieć jego ewolucję, określić własności i wykorzystać tę wiedzę do poznania lepiej innych układów podwójnych.

Zespół pozostaje optymistyczny w kontekście poszukiwać czarnych dziur.

Czarne dziury o masach gwiazdowych pozostają bardzo nieuchwytne poprzez swoją naturę.mówi Rivinius.
Ale szacunki co do rzędu wielkości sugerują, że istnieją dziesiątki do setek milionów czarnych dziur w samej Drodze Mlecznej.dodaje Baade.

Kwestią czasu jest odkrycie ich przez astronomów.