Dlaczego większość gwiazdowych czarnych dziur w Drodze Mlecznej może być niewidoczna?

Gwiazdowe czarne dziury w Drodze Mlecznej w zdecydowanej większości mogą istnieć samotnie – wynika z nowych symulacji astronomów. Badanie wskazuje, że ponad 90 proc. tych obiektów pozostaje niewidocznych dla współczesnych teleskopów.

Większość gwiazdowych czarnych dziur może istnieć samotnie

Do tej pory niemal wszystkie gwiazdowe czarne dziury, powstające w wyniku kolapsu grawitacyjnego niezwykle masywnej gwiazdy, wykryte przez astronomów znajdowano w układach podwójnych. Naukowcy od dawna podejrzewali jednak, że takie obiekty stanowią wyjątek, a większość z nich w Drodze Mlecznej istnieje samotnie.

W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Toma Wagga z Flatiron Institute, dzięki nowym symulacjom, obliczyli, że ponad 90 proc. gwiazdowych czarnych dziur w naszej galaktyce może występować samotnie. Wyniki sugerują istnienie ogromnej populacji obiektów, które pozostają niewykryte. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Czarne dziury nie emitują światła na żadnej długości fali, co oznacza, że astronomowie mogą je wykryć jedynie po ich wpływie grawitacyjnym na inne obiekty, na przykład na gwiazdę towarzyszącą, która jest rozrywana lub której temperatura znacznie się podnosi. Samotne czarne dziury nie mają jednak wokół siebie wystarczającej ilości materii, by zdradzać swoją obecność. Pozostają więc praktycznie niewidoczne, co znacznie utrudnia badanie ich powstawania i ewolucji.

Nowe symulacje ujawniły ukrytą populację w Drodze Mlecznej

Choć obecne techniki obserwacyjne nie pozwalają wykrywać i badać tego typu samotnych obiektów, naukowcy wciąż mogą wiele dowiedzieć się dzięki symulacjom. W czasie nowego badania opracowano model historii Drogi Mlecznej, odtwarzający narodziny, ewolucję i śmierć gwiazd na przestrzeni miliardów lat.

Jak opisują badacze, symulacje uwzględniały również wybuchy supernowych prowadzące do powstawania czarnych dziur oraz tzw. odrzuty („kopnięcia”), które mogą nadać nowo powstałym czarnym dziurom bardzo duże prędkości, wyrzucając je z miejsca powstania, przez co mogą one przemierzać galaktykę. Pozwoliło to badaczom oszacować, ile takich obiektów powinno istnieć obecnie, gdzie najprawdopodobniej się znajdują i z jaką prędkością się poruszają.

Wyniki wskazują, że około 91 proc. gwiazdowych czarnych dziur w Drodze Mlecznej jest obecnie samotnych i nie ma gwiazdy towarzyszącej, która mogłaby zdradzić ich obecność. Zdaniem astronomów około 3 proc. uzyskało natomiast podczas narodzin tak dużą prędkość wskutek odrzutu, że opuściło galaktykę. Oznacza to, że tylko niewielka część pozostaje w układach podwójnych, w których zwykle były obserwowane. Zdaniem naukowców sugeruje to, że dotychczas badana populacja jest jedynie małą próbką wszystkich czarnych dziur istniejących w Drodze Mlecznej.

Przyszłe obserwacje pozwolą sprawdzić przewidywania

Badacze liczą, że dane z nadchodzącego Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman, kolejna publikacja danych z misji Gaia oraz różne przeglądy spektroskopowe pozwolą wykrywać czarne dziury bardziej subtelnymi metodami, na przykład dzięki obserwacji sposobu, w jaki ich grawitacja zakrzywia światło gwiazd znajdujących się w tle.

Nowe symulacje wskazują również, gdzie warto szukać tych nieuchwytnych obiektów i na jakie sygnały astronomowie powinni zwracać uwagę. Korzystając z tych przewidywań, naukowcy będą mogli lepiej zweryfikować modele opisujące śmierć gwiazd i powstawanie czarnych dziur, opierając się na znacznie większej i bardziej reprezentatywnej części ukrytej populacji zamieszkującej Drogę Mleczną.

Emil Gołoś