Astronomowie wykryli bąbel gorącego gazu wirujący wokół supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) astronomowie dostrzegli oznaki „gorącej plamy” na orbicie wokół Sagittarius A*, czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Odkrycie pomoże w lepszym zrozumieniu enigmatycznego i dynamicznego środowiska wokół naszej supermasywnej czarnej dziury.

Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!mówi Maciek Wielgus z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn (Niemcy) i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (Warszawa), który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaju w Astronomy & Astrophysics.

Obserwacje zostały przeprowadzone przy pomocy ALMA w chilijskich Andach – radioteleskopu, które współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) – w ramach projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT) mającego na celu uzyskiwanie obrazów czarnych dziur. W kwietniu 2017 roku w EHT połączona razem osiem istniejących radioteleskopów na całym świecie, w tym ALMA, uzyskując w efekcie niedawno opublikowany pierwszy w historii obraz Sagittarius A*. Aby skalibrować dane EHT, Wielgus i jego współpracownicy z EHT Collaboration, używali danych ALMA rejestrowanych jednocześnie z obserwacjami Sagittarius A* prowadzonymi przez EHT. Ku zaskoczeniu zespołu, w pomiarach ALMA znaleziono więcej ukrytych wskazówek dotyczących natury czarnej dziury.

Przez przypadek cześć obserwacji wykonano krótko po wybuchu lub rozbłysku promieniowania X wyemitowanego z centrum naszej galaktyki, dostrzeżonego przez Kosmiczny Teleskop Chandra należący do NASA. Uważa się, że ten rodzaj rozbłysków, obserwowanych wcześniej przez teleskopy rentgenowskie i podczerwone, ma związek z tak zwanymi „gorącymi plamami”, czyli bąblami gorącego gazu, które krążą po orbicie bardzo szybko i bardzo blisko czarnej dziury.

Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga „To co jest naprawdę nowe i interesujące, to kwestia, że tego typu rozbłyski były do tej pory wyraźnie widoczne jedynie w rentgenowskich i podczerwonych obserwacjach Sagittarius A*. Natomiast tutaj po raz pierwszy widzimy bardzo silne wskazania, że orbitujące gorące plamy dostępne są też do obserwacji radiowych.mówi Wielgus, który ma także dodatkową afiliację Black Hole Initiative na Harvard University (USA).oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!

Być może te gorące plamy wykryte na falach podczerwonych są manifestacją tego samego zjawiska fizycznego: gdy emitujący w podczerwieni gorące plamy ochładzają się, stają się dostrzegalne na dłuższych falach, tak jak przypadki zaobserwowane przez ALMA i EHT.dodaje Jesse Vos, doktorant na Radboud University (Holandia), który również był zaangażowany w badania.

Od dawna uważano, że rozbłyski te pochodzą od interakcji magnetycznych w bardzo gorącym gazie krążącym bardzo blisko Sagittarius A*, a nowe wyniki wspierają tę koncepcję. „Teraz mamy mocny dowód na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a nasze obserwacje dają wskazówki na temat geometrii całego procesu. Nowe dane są niesamowicie pomocne w tworzeniu teoretycznych interpretacji omawianych wydarzeń” mówi współautorka Monika Mościbrodzka z Radboud University.

ALMA pozwala astronomom na badania spolaryzowanej emisji radiowej z Sagittarius A*, których można używać do odkrycia tajemnic pola magnetycznego czarnej dziury. Zespół wykorzystał te obserwacje razem z modelami teoretycznymi do dowiedzenia się więcej o formowaniu się gorącej plamy i otoczeniu, w którym jest zanurzona, w tym o polu magnetycznym wokół Sagittarius A*. Badania te dostarczają silniejszych ograniczeń kształtu pola magnetycznego niż wcześniejsze obserwacje, co pomoże astronomom w odkryciu natury czarnej dziury i jej otoczenia

Obserwacje potwierdzają niektóre z wcześniejszych odkryć dokonanych instrumentem GRAVITY na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) należącym do ESO, który obserwuje w podczerwieni. Dane z GRAVITY i ALMA razem sugerują, że rozbłysk pochodzi z obłoku gazu wirującego wokół czarnej dziury z około 30% prędkości światła w kierunku na niebie zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z orbitą gorącej plamy ustawioną do nas w widoku prawie „z góry”.

W przyszłości powinniśmy być w stanie śledzić gorące plamy na różnych częstotliwościach, korzystając z koordynowanych obserwacji na wielu długościach fali przez GRAVITY i ALMA — sukces takiego przedsięwzięcia będzie prawdziwym kamieniem milowym dla naszego zrozumienia fizyki rozbłysków z centrum Galaktyki.mówi Ivan Marti-Vidal z University of València (Hiszpania), współautor badań.

Zespół badawczy ma także nadzieję, że będzie w stanie bezpośrednio obserwować orbitujące obłoki gazu przy pomocy EHT, aby sondować coraz bliżej czarnej dziury i dowiedzieć się więcej na jej temat.

Mam nadzieję, że pewnego dnia będzie mogli powiedzieć, że ‘wiemy’ co się dzieje w Sagittarius A*podsumowuje Wielgus.
info: ESO

Astronomowie znajdują gwiazdę podobną do Słońca krążącą wokół pobliskiej czarnej dziury

W 1916 roku Karl Schwarzchild teoretyzował istnienie czarnych dziur jako rozwiązanie równań pola Einsteina w swojej Ogólnej Teorii Względności. W połowie XX wieku astronomowie po raz pierwszy zaczęli wykrywać czarne dziury za pomocą metod pośrednich, które polegały na obserwacji ich wpływu na otaczające obiekty i przestrzeń. Od lat 80. naukowcy badali supermasywne czarne dziury (SMBH), które znajdują się w centrach najbardziej masywnych galaktyk we Wszechświecie. A do kwietnia 2019 roku współpraca Event Horizon Telescope (EHT) opublikowała pierwsze kiedykolwiek wykonane zdjęcie SMBH.

Obserwacje te są okazją do przetestowania praw fizyki w najbardziej ekstremalnych warunkach i oferują wgląd w siły, które ukształtowały Wszechświat. Według ostatnich badań międzynarodowy zespół badawczy oparł się na danych z Obserwatorium Gaia ESA, aby zaobserwować gwiazdę podobną do Słońca o dziwnych charakterystykach orbitalnych. Ze względu na charakter orbity zespół doszedł do wniosku, że musi być częścią układu podwójnego czarnej dziury. To sprawia, że ​​​​jest najbliższą czarną dziurą naszego Układu Słonecznego i sugeruje istnienie sporej populacji uśpionych czarnych dziur w naszej galaktyce.

Badania prowadził Kareem El-Badry, astrofizyk Harvard Society Fellow z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). Dołączyli do niego naukowcy z CfA, MPIA, Caltech, UC Berkely, Centrum Astrofizyki Obliczeniowej Instytutu Flatiron (CCA), Instytutu Nauki Weizmanna , Obserwatorium Paryskiego , Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych Kavli MIT oraz wielu uniwersytetów. Artykuł opisujący ich odkrycia zostanie opublikowany w miesięczniku zawiadomień Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Jak wyjaśnił El-Badry w e-mailu Universe Today, obserwacje te były częścią szerszej kampanii mającej na celu identyfikację uśpionych towarzyszy czarnych dziur normalnych gwiazd w Drodze Mlecznej.

Przez ostatnie cztery lata szukałem uśpionych czarnych dziur, korzystając z szerokiej gamy zbiorów danych i metod” – powiedział. „Moje poprzednie próby ujawniły zróżnicowaną menażerię plików binarnych, które podszywają się pod czarne dziury, ale to był pierwszy raz, kiedy poszukiwania przyniosły owoce.

Na potrzeby tego badania El-Badry i jego koledzy oparli się na danych uzyskanych przez Obserwatorium Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) . Misja ta spędziła prawie dekadę mierząc pozycje, odległości i ruchy własne prawie miliarda obiektów astronomicznych, takich jak gwiazdy, planety, komety, asteroidy i galaktyki. Śledząc ruch obiektów krążących wokół centrum Drogi Mlecznej (technika znana jako astrometria), misja Gaia ma na celu skonstruowanie najdokładniejszego katalogu kosmicznego 3D, jaki kiedykolwiek stworzono.

Dla swoich celów El-Badry i jego koledzy zbadali wszystkie 168 065 gwiazd w Gaia Data Release 3 (GDR3), które wydawały się mieć orbity dwóch ciał. Ich analiza znalazła szczególnie obiecującego kandydata, gwiazdę typu G (żółta gwiazda) oznaczoną jako Gaia DR3 4373465352415301632 – na ich potrzeby zespół oznaczył ją jako Gaia BH1. Na podstawie obserwowanego rozwiązania orbitalnego El-Badry i jego koledzy ustalili, że gwiazda ta musi mieć towarzysza podwójnego czarnej dziury. Powiedział El-Badry:

Dane Gaia ograniczają sposób poruszania się gwiazdy na niebie, śledząc elipsę okrążającą czarną dziurę. Wielkość orbity i jej okres ograniczają masę jej niewidzialnego towarzysza – około 10 mas Słońca. Aby potwierdzić, że rozwiązanie Gaia jest poprawne i wykluczyć alternatywy inne niż czarna dziura, obserwowaliśmy gwiazdę spektroskopowo za pomocą kilku innych teleskopów. To zaostrzyło nasze ograniczenia dotyczące masy towarzysza i udowodniło, że jest naprawdę „ciemny”.

Aby potwierdzić swoje obserwacje, zespół przeanalizował pomiary prędkości radialnej Gaia BH1 z wielu teleskopów. Obserwatorium WM Kecka spektrometr Echelle o wysokiej rozdzielczości (HIRES), spektrograf optyczny o rozszerzonym zakresie (FEROS) teleskopu MPG/ESO , spektrograf X-Shooter teleskopu VLT (VLT) oraz spektrografy wieloobiektowe Gemini. (GMOS), spektrograf Magellan Echellette (MagE) oraz LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope).

Podobnie jak w przypadku metody wykorzystywanej do polowania na egzoplanety (spektroskopia dopplerowska), widma dostarczone przez te instrumenty umożliwiły zespołowi obserwację i pomiar sił grawitacyjnych wpływających na jego orbitę. Te dalsze obserwacje potwierdziły rozwiązanie orbitalne Gaia BH1 i to, że towarzysz z około dziesięcioma masami Słońca krąży z nim. Jak wskazał El-Badry, odkrycia te mogą stanowić pierwszą czarną dziurę w Drodze Mlecznej, której nie zaobserwowano na podstawie jej emisji promieniowania rentgenowskiego lub innych uwolnień energetycznych:

Modele przewidują, że Droga Mleczna zawiera około 100 milionów czarnych dziur. Ale zaobserwowaliśmy tylko około 20 z nich. Wszystkie poprzednie, które zaobserwowaliśmy, znajdują się w „rentgenowskich układach podwójnych”: czarna dziura zjada gwiazdę towarzyszącą i świeci jasno w promieniach X, gdy potencjalna energia grawitacyjna tego materiału zamienia się w światło. Ale to tylko wierzchołek góry lodowej: może czaić się znacznie większa populacja, ukryta w szerzej oddzielonych układach binarnych. Odkrycie Gaia BH1 rzuca wczesne światło na tę populację.

Jeśli zostaną potwierdzone, odkrycia te mogą oznaczać, że w Drodze Mlecznej istnieje solidna populacja uśpionych czarnych dziur. Odnosi się to do czarnych dziur, które nie są widoczne w jasnych dyskach, wybuchach promieniowania lub dżetach hiperszybkich emanujących z ich biegunów (jak to często ma miejsce w przypadku kwazarów). Jeśli te obiekty są wszechobecne w naszej galaktyce, implikacje dla ewolucji gwiazd i galaktyk mogą być głębokie. Możliwe jest jednak, że ta konkretna uśpiona czarna dziura jest wartością odstającą i nie wskazuje na większą populację.

Aby zweryfikować swoje ustalenia, El-Badry i jego koledzy z niecierpliwością czekają na Gaia Data Release 4 (GDR 4), którego data nie została jeszcze ustalona, ​​która obejmie wszystkie dane zebrane podczas pięcioletniej misji nominalnej (GDR 4). ). To wydanie będzie zawierać najbardziej aktualne katalogi astrometryczne, fotometryczne i prędkości radialnej dla wszystkich obserwowanych gwiazd, układów binarnych, galaktyk i egzoplanet. Piąte i ostatnie wydanie (GDR 5) będzie zawierało dane z misji nominalnej i rozszerzonej (pełne dziesięć lat).

W oparciu o wskaźnik występowania BH sugerowany przez Gaia BH1, oszacowaliśmy, że następne wydanie danych Gaia umożliwi odkrycie dziesiątek podobnych systemów. Mając tylko jeden przedmiot, trudno jest dokładnie określić, co to oznacza dla populacji (może to być po prostu dziwak, przypadek). Jesteśmy podekscytowani badaniami demograficznymi populacji, które będziemy mogli przeprowadzić na większych próbach.powiedział El-Badry.

Pierwotne czarne dziury mogły spowodować powstanie supermasywnych czarnych dziur

Wczesne momenty wszechświata były burzliwe i wypełnione gorącą i gęstą materią. Fluktuacje we wczesnym Wszechświecie mogły być na tyle duże, że kieszenie materii o masie gwiazdowej zapadały się pod własnym ciężarem, tworząc pierwotne czarne dziury. Chociaż nigdy nie wykryliśmy tych małych czarnych dziur, mogły one odegrać istotną rolę w kosmicznej ewolucji, być może stając się supermasywnymi czarnymi dziurami, które widzimy dzisiaj. Nowe badanie pokazuje, jak to może działać, ale stwierdza również, że proces jest skomplikowany.

Popularnym modelem pierwotnych czarnych dziur jest to, że były one zarodkami galaktyk i gwiazd. Nawet mała czarna dziura przyciągnęłaby do niej materię, tworząc mgławicę galaktyczną, a gęstszy gaz wokół czarnej dziury wywołałby powstawanie wczesnych gwiazd. To wyjaśniałoby, dlaczego galaktyki powstały wcześnie we wszechświecie, a także dlaczego większość galaktyk zawiera supermasywną czarną dziurę. Niektórzy twierdzą, że pierwotne “nasiona” czarnych dziur odgrywają zasadniczą rolę w powstawaniu wczesnych galaktyk. Bez czarnych dziur, które uruchamiałyby ten proces, galaktyki nie powstałyby wcześnie. Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół stworzył symulację na ogromnym superkomputerze znanym jako Stampede2. Na podstawie swoich symulacji zespół odkrył, że pierwotne czarne dziury mogą sprzyjać powstawaniu galaktyk i produkcji gwiazd, ale mogą również je utrudniać.

Pierwotne czarne dziury mogły przyciągnąć do siebie materię, aby wywołać formowanie się gwiazd, ale materia pochłonięta przez czarną dziurę ogrzewa również pobliski gaz, powodując jego odpychanie. Tak więc pierwotne czarne dziury okazują się mieć efekt dawania i brania. Przyciąganie materii do obłoków galaktycznych grawitacyjnie, ale także podgrzewanie obszaru centralnego i utrudnianie produkcji gwiazd. Zatem pierwotne czarne dziury nie odgrywają rozstrzygającej roli. Efekty wysiewu i ogrzewania prawie się znoszą. Najmniejsze zmiany warunków początkowych mogą określić, czy pierwotna czarna dziura jest pomocą, czy przeszkodą we wczesnej formacji galaktyk.

Oczywiście rzeczy mogą się znacznie zmienić wraz z wprowadzeniem ciemnej materii. Ciemna materia jest przyciągana grawitacyjnie do czarnej dziury, ale nie ogrzewa pobliskiego materiału tak jak zwykła materia. Pierwotne czarne dziury i ciemna materia mogły ze sobą współpracować w sposób, który przezwycięża wszelkie nagrzewanie się pierwotnych czarnych dziur. Jeśli tak jest, to oddziaływanie ciemnej materii i pierwotnych czarnych dziur mogło stworzyć fale grawitacyjne. Te fale są zbyt słabe, aby je teraz wykryć, ale przyszłe teleskopy fal grawitacyjnych mogą być w stanie to zrobić.

Te szczegółowe symulacje pokazują, jak subtelna i złożona może być rola pierwotnych czarnych dziur. W miarę jak zespół dąży do tworzenia jeszcze bardziej szczegółowych symulacji, mają nadzieję zobaczyć, jak ciemna materia, pierwotne czarne dziury i produkcja gwiazd mogą prowadzić do powstawania supermasywnych czarnych dziur. Z czasem mogą nam powiedzieć, dlaczego tak duże obiekty mają tak małe początki.

Supermasywna czarna dziura z skręconym dżetem może pomóc w obserwacjach Drogi Mlecznej

Spiralny strumień promieniowania z gwałtownie aktywnej supermasywnej czarnej dziury może być kluczem do lepszego zrozumienia czarnej dziury w centrum naszej galaktyki.

Teleskop Event Horizon, we współpracy z dwoma innymi układami radioteleskopów, zobrazował potężny strumień blazara o prędkości bliskiej prędkości światła i stwierdził, że jest on skręcony, prawdopodobnie w wyniku orbitowania jednej czarnej dziury wokół drugiej. Teleskop Event Horizon (EHT), który w tamtym czasie obejmował osiem teleskopów na całym świecie, w 2017 roku zaobserwował blazar skatalogowany jako J1924-2914 i znajdujący się około 3,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Blazar to galaktyka zawierająca niezwykle aktywną supermasywną czarną dziurę, która uwalnia strumień naładowanych cząstek z prędkością bliską prędkości światła.

Ogromna czarna dziura pochłania ogromne ilości gazu, a ten materiał tworzy to, co naukowcy nazywają dyskiem akrecyjnym, oczekując na pochłonięcie przez czarną dziurę. Gaz w dysku jest tak gęsty, że tarcie podgrzewa go do wielu milionów stopni. Tymczasem silne pola magnetyczne splecione w dysku unoszą część materiału, kierując go z dala od czarnej dziury w postaci szybko poruszającego się dżetu.

EHT dołączył do obserwacji J1924-2914 przez teleskopy Global Millimeter Very Long Baseline Interferometer Array w Europie i Stanach Zjednoczonych oraz przez teleskopy radiowe Very Long Baseline Array, również w Stanach Zjednoczonych. Teleskopy były w stanie obserwować blazara i jego dżet na różnych częstotliwościach, odpowiadających różnym skalom obrazu, od jednej trzeciej roku świetlnego do ponad 325 lat świetlnych długości. Naukowcy odkryli, że dżet i pola magnetyczne, które go napędzają, wydają się być skręcone, co potwierdza wcześniejsze podejrzenia z pomiarów przeprowadzonych w latach 90. XX wieku. Im dalej wzdłuż dżetu od czarnej dziury, tym mocniej dżet jest skręcony w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Nasze obrazy stanowią obrazy spolaryzowanej emisji o najwyższej rozdzielczości kątowej, jakie kiedykolwiek uzyskano.powiedziała Sara Issaoun, astrofizyk z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i główny naukowiec odpowiedzialny za obserwacje.

Wszyscy doświadczamy polaryzacji światła, gdy nosimy okulary przeciwsłoneczne, które preferencyjnie odfiltrowują światło oscylujące w większości kierunków i przepuszczają tylko światło oscylujące w jednym określonym kierunku. Emisja z obiektów astronomicznych może być również spolaryzowana , w tym sensie, że fale elektromagnetyczne oscylują w preferowanym kierunku. EHT koncentrował się na liniowo spolaryzowanych falach radiowych pochodzących z J1924-2914, a stopień polaryzacji zdradza niektóre cechy dżetu i jego pola magnetycznego.

Widzimy interesujące szczegóły w silnie spolaryzowanym, najbardziej wewnętrznym jądrze blazara, a kształt spolaryzowanej emisji wskazuje na obecność skręconej struktury pola magnetycznego.powiedział Issaoun,

Wcześniej astronomowie korzystający z VLT w Nowym Meksyku odkryli, że dżet należący do aktywnej czarnej dziury w galaktyce M87 również jest skręcony w sposób korkociągowy. (To ta sama czarna dziura, która wystąpiła na pierwszym obrazie czarnej dziury EHT , opublikowanym w kwietniu 2019 r.). Nie jest jasne, czy skręcenie dwóch dżetów ma tę samą przyczynę, ale istnieje przynajmniej kilka intrygujących możliwych wyjaśnień dla J1924-2914. Jednym z nich jest to, że druga czarna dziura może krążyć wokół pierwotnej czarnej dziury w centrum blazara, powodując brak równowagi w dysku akrecyjnym, który powoduje precesję dysku lub chybotanie się jak wirujący bączek. Inną możliwością jest to, że dżet zderzył się z masywnym obłokiem molekularnym, chociaż astronomowie uznali to za mało prawdopodobne, ponieważ nie ma dowodów na dalsze zakłócenia dżetu, których można by się spodziewać po takim zderzeniu. Wreszcie skręcający się dżet może być wynikiem niestabilności pola magnetycznego blazara.

Zrozumienie J1924-2914 to coś więcej niż tylko rozwiązanie astronomicznej ciekawości. Blazar odegrał ważną rolę w obserwacjach supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittarius A* , przez Teleskop Event Horizon. Dzieje się tak, ponieważ zwarty i stosunkowo niezmienny wygląd blazara na niebie czyni go idealnym celem kalibracji do testowania EHT przed dokonaniem obserwacji słabej i dynamicznej aktywności Strzelca A*. Dzięki lepszemu opanowaniu J1924-2914 astronomowie mogą sprawić, że obserwacje Sagittarius A* będą jeszcze dokładniejsze.

Czarna dziura o masie gwiazdowej odkryta w Wielkim Obłoku Magellana

Zespół międzynarodowych ekspertów, znanych z obalania odkryć dotyczących czarnych dziur, znalazł czarną dziurę o masie gwiazdowej w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiedniej względem naszej.

Po raz pierwszy nasz zespół, zamiast negować tego typu odkrycia, sam ogłosił odkrycie czarnej dziury.powiedział kierujący grupą Tomer Shenar.

Co więcej, badacze odkryli, że gwiazda, z której narodziła się czarna dziura, zniknęła bez żadnych oznak potężnej eksplozji. Odkrycie zostało dokonane dzięki trwającym sześć lat obserwacjom przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).

„Zaleźliśmy igłę w stogu siana” mówi Shenar, który rozpoczął badania na KU Leuven w Belgii, a obecnie jest pracuje jako Marie-Curie Fellow na Amsterdam University w Holandii. Chociaż były już proponowane proponowane podobne kandydatki na czarne dziury, badacze wskazują, że tym razem jest to pierwsza „uśpiona” czarna dziura o masie gwiazdowej jednoznacznie wykryta poza naszą galaktyką.

Czarne dziury o masie gwiazdowej powstają, gdy masywne gwiazdy osiągają koniec swojego życia i zapadają się pod wpływem własnej grawitacji. W układzie podwójnym, systemie dwóch gwiazd krążących wokół siebie, proces ten pozostawia czarną dziurą na orbicie z jasną gwiazdą towarzyszącą. Czarna dziura jest „uśpiona”, jeśli nie emituje wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, które zwykle pozwala na wykrywanie tego typu obiektów.

To niesamowite, że prawie nic nie wiemy o uśpionych czarnych dziurach, pomimo tego, że astronomowie powszechnie uważają, że takie obiekty istnieją.wyjaśnia współautor Pablo Marchant z KU Leuven.

Nowo odkryta czarna dziura jest co najmniej dziewięć razy masywniejsza od Słońca i krąży wokół gorącej, niebieskiej gwiazdy 25 razy masywniejszej od Słońca. Uśpione czarne dziury są szczególnie trudne do dostrzeżenia, gdyż nie oddziałują zbytnio ze swoim otoczeniem.

Przez ponad dwa lata szukaliśmy tego typu układów podwójnych z czarnymi dziurami. Byłam bardzo zaciekawiona, gdy usłyszałam o VFTS 243, która w mojej opinii jest najbardziej przekonującą kandydatką znalezioną do dzisiaj. mówi wskazuje współautorka Julia Bodensteiner, stażystka naukowa w ESO w Niemczech.

Aby znaleźć VFTS 243, grupa badawcza przeszukała prawie 1000 masywnych gwiazd w obszarze Mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana, w poszukiwaniu obiektów, które mają czarne dziura za towarzyszki. Identyfikacja towarzyszących obiektów jako czarne dziury jest ekstremalnie trudna, gdyż istnieje wiele alternatywnych możliwości.

Jako naukowiec obalający odkrycia potencjalnych czarnych dziur w ostatnich latach, byłem bardzo sceptyczny w odniesieniu do tego odkrycia.mówi Shenar.

Sceptycyzm podzielał współautor Kareem El-Badry z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian w USA, o którego Shenar nazywa „niszczycielem czarnych dziur”. „Gdy Tomer poprosił o podwójne sprawdzenie jego wyników, miałem swoje wątpliwości. Ale nie byłem w stanie znaleźć sensownego wyjaśnienia dla danych innego niż obejmującego czarną dziurę.”, wyjaśnia El-Badry.

Odkrycie dało zespołowi także unikalny wgląd w procesy, które towarzysza formowaniu się czarnych dziur. Astronomowie sądzą, że czarne dziury o masach gwiazdowych powstają, gdy zapada się jądro umierającej masywnej gwiazdy, ale pozostaje niepewne czy towarzyszy temu potężna eksplozja supernowej.

Wydaje się, że gwiazda, która uformowała czarną dziurę w VFTS 243, zapadła się całkowicie, bez oznak wcześniejszego wybuchu. Dowód na scenariusz bezpośredniego kolapsu wskazano niedawno, ale nasze badania prawdopodobnie dostarczają jednego z najlepszych bezpośrednich wskazań takiego procesu. Ma to olbrzymie konsekwencje dla pochodzenia merdżerów czarnych dziur w kosmosie.wyjaśnia Shenar.

Czarna dziura w VFTS 243 została odnaleziona na podstawie sześciu lat obserwacji Mgławicy Tarantula przy pomocy instrumentu Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) na teleskopie VLT należącym do ESO.

Pomimo pseudonimu “policja czarnych dziur”, zespół aktywnie zachęca do badań i ma nadzieję, że praca opublikowana dzisiaj w Nature Astronomy pomoże w odkryciu innych czarnych dziur o masie gwiazdowej krążących wokół masywnych gwiazd. Przewiduje się, że tysiące takich przypadków występuje w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana.

Oczywiście spodziewam się, że inni badacze w tej dziedzinie uważnie przyjrzą się naszej analizie i spróbują wymyślić alternatywne modele. To bardzo ekscytujący projekt, w który można się zaangażować.podsumowuje El-Badry.
info: ESO

Pierwszy obraz naszej czarnej dziury

Oto pierwszy obraz Sgr A*, supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Jest to pierwszy bezpośredni wizualny dowód istnienia tej czarnej dziury. Obraz został uzyskany przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (Event Horizon Telescope, EHT) – sieć łączącą razem osiem istniejących obserwatoriów radiowych na całej planecie, aby utworzyć pojedynczy wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi. Nazwa teleskopu odnosi się do horyzontu zdarzeń, czyli granicy czarnej dziury, spoza której nawet światło nie jest w stanie uciec.

Chociaż nie możemy zobaczyć samego horyzontu zdarzeń, ponieważ nie emituje światła, to gaz krążący wokół czarnej dziury ujawnia charakterystyczną sygnaturę: ciemny centralny obszar (zwany cieniem) otoczony przezz jasną strukturę podobną do pierścienia. Nowy widok pokazuje światło zakrzywione przez potężną grawitację czarnej dziury, która jest cztery miliony razy bardziej masywna niż Słońce. Obraz czarnej dziury Sgr A* jest uśrednineniem obrazów, które EHT wyodrębnił ze swoich obserwacji prowadzonych w 2017 roku.

Sieć obserwatoriów radiowych EHT, dzięki której udało się uzyskać niniejszy obraz, obejmuje m.in. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atakama w Chile, której współwłaścicielemi i współzarządzającym jest ESO, w imieniu krajów członkowskich z Europy.

Źródło: EHT Collaboration, ESO

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.

Olbrzymia czarna dziura galaktyki M87 wystrzeliwuje dżety prawie z prędkością światła

Nowe modele komputerowe pokazują, że pierwsza (i jedyna jak na razie) czarna dziura, której zdjęcie wykonano z Ziemi, wystrzeliwuje ogromne strumienie plazmy, które poruszają się z prędkością bliską prędkości światła.

Czarna dziura znajduje się 55 milionów lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Panny i leży w galaktyce Messier 87, czyli M87, która zawiera w swoim jądrze czarną dziurę o masie 6,5 miliarda mas Słońca. W 2019 roku międzynarodowa współpraca badawcza pod nazwą Teleskop Event Horizon wykonała zdjęcia czarnej dziury (a dokładnie najbliższych okolic), pierwszego tego rodzaju obrazu.

Czarna dziura w M87 wystrzeliwuje relatywistyczny dżet lub dżet plazmy na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła. W nowym badaniu międzynarodowy zespół naukowców zebrał nowe informacje na temat czarnej dziury i jej dżetu, modelując je z niewiarygodną szczegółowością za pomocą komputerów.

Zespół wykorzystał trójwymiarowe symulacje superkomputerowe do modelowania regionu czarnej dziury M87 i jej dysku akrecyjnego, dysku gazu, plazmy i różnych cząstek, które otaczają i zasilają czarną dziurę. Wzięli pod uwagę temperatury, gęstości materii i pola magnetyczne, które prawdopodobnie będą występować w tej czarnej dziurze na podstawie istniejących obserwacji.

Pomogło to naukowcom stworzyć komputerowy model regionu czarnej dziury, który wykorzystali do śledzenia i badania ruchu fotonów lub cząstek światła w dżecie czarnej dziury. Następnie przetłumaczyli te dane śledzenia fotonów z modelu komputerowego na obrazy radiowe i porównali je z rzeczywistymi obserwacjami czarnej dziury.

Odkryli, że ich model komputerowy dobrze pasuje do rzeczywistych danych zebranych przez radioteleskopy i satelity, dając pewność, że ich model był dość dokładnym odwzorowaniem regionu czarnej dziury.

Teraz, podczas gdy badaczom udało się zbadać i obserwować czarną dziurę w M87 (zwłaszcza dzięki obrazowi wykonanemu w 2019 roku), wciąż pozostają pytania o to, jak powstaje tak potężny relatywistyczny dżet i jak pozostaje stabilny, strzelając na ogromne odległości w przestrzeń.

Według Cruz-Osorio, dane zebrane na temat dżetu czarnej dziury z ich modelu komputerowego pokazują, jak dżet może działać.

Mówi nam, że supermasywna czarna dziura M87* prawdopodobnie bardzo się obraca, a plazma jest silnie namagnesowana w dżecie, przyspieszając cząstki do skali tysięcy lat świetlnych.powiedział Cruz-Osorio.

Współautor Luciano Rezzolla, również badacz z Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Goethego, dodał, że oprócz pogłębienia naszej wiedzy na temat czarnej dziury M87, obrazy radiowe zespołu, które symulacja komputerowa, są zgodne z przewidywaniami teorii Einsteina ogólna teoria względności.

Znaleziono czarną dziurę skrywającą się w gromadzie gwiazd poza naszą galaktyką

Przy pomocy należącego Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), astronomowie odkryli małą czarną dziurę poza Drogą Mleczną, obserwując w jaki sposób wpływa na ruch gwiazd w swoim bliskim otoczeniu. Po raz pierwszy ten sposób detekcji został użyty do odkrycia istnienia czarnej dziury poza naszą galaktyką. Metoda ta może stać się kluczowa w poszukiwaniu ukrytych czarnych dziur w Drodze Mlecznej i sąsiednich galaktykach, a także rzucić światło na to, w jaki sposób formują się i ewoluują te tajemnicze obiekty.

Nowo znalezioną czarną dziurę zidentyfikowano w NGC 1850, gromadzie tysięcy gwiazd odległej o prawie 160 000 lat świetlnych w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiadującej z Drogą Mleczną.

Podobnie jak Sherlock Holmes śledził kryminalne gangi na podstawie ich błędów, szukamy każdej pojedynczej gwiazd w tej gromadzie przy pomocy szkła powiększającego w jednej ręce, próbując znaleźć dowody na istnienie czarnych dziur, ale bez obserwowanie ich bezpośrednio.mówi Sara Saracino z Astrophysics Research Institute of Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii, prowadząca badania, których wyniki zaakceptowano do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Zaprezentowane tutaj wyniki pokazują jedynie jednego z przestępców, ale skoro znaleźliśmy jednego, być może odkryjemy wielu kolejnych, w innych gromadach.dodaje.

Pierwszy “przestępca” wyśledzony przez zespół badawczy okazał się prawie 11 razy masywniejszy od Słońca. Dymiącym pistoletem, który naprowadził astronomów na ślad tej czarnej dziury był jej grawitacyjny wpływ jest okrążająca ją gwiazda o masie pięciu mas Słońca.

Astronomowie już wcześniej odnaleźli takie małe czarne dziury o masie gwiazdowej w innych galaktykach, analizując promieniowanie rentgenowskie emitowane, gdy obiekty te pochłaniają materię, albo dzięki falom grawitacyjnym generowanym, gdy czarna dziura zderza się z inną lub z gwiazdą neutronową.

informacja ESO