Gwiazdy hiperprędkościowe pomogły odkryć czarną dziurę w najbliższym sąsiedzie Drogi Mlecznej

Astronomowie obserwując gwiazdy hiperprędkościowe odkryli dowody na istnienie supermasywnej czarnej dziury w naszym najbliższym kosmicznym sąsiedztwie. Obiekt może znajdować się w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce satelitarnej Drogi Mlecznej.

.Naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) niezwykle precyzyjnie prześledzili ścieżki 21 gwiazd na skraju Drogi Mlecznej. Obiekty te poruszają się tak szybko, że wymykają się oddziaływaniu grawitacyjnemu galaktyki. Przez co określane są jako gwiazdy hiperprędkościowe.

Podobnie jak eksperci kryminalistyczni rekonstruują pochodzenie pocisku na podstawie jego trajektorii, naukowcy ustalili, skąd pochodzą gwiazdy hiperprędkościowe. Odkryli, że około połowa z nich jest powiązana z supermasywną czarną dziurą w centrum Drogi Mlecznej (Sagittarius A*). Jednak druga połowa pochodzi z innego miejsca – nieznanej wcześniej gigantycznej czarnej dziury w Wielkim Obłoku Magellana (LMC).

„Zdumiewające jest uświadomienie sobie, że mamy kolejną supermasywną czarną dziurę tuż obok, z kosmicznego punktu widzenia. Obiekty te są tak skryte, że ta była praktycznie pod naszym nosem przez cały ten czas” – mówi Jesse Han z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Naukowcy odkryli tę niewidoczną czarną dziurę, wykorzystując dane z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, satelity, który z niespotykaną dotąd dokładnością śledził ponad miliard gwiazd w Drodze Mlecznej. Wykorzystali również dobrze poznaną już orbitę LMC wokół naszej galaktyki. Badanie zostało opisane w czasopiśmie The Astrophysical Journal.

„Wiedzieliśmy, że te gwiazdy hiperprędkościowe istnieją od jakiegoś czasu, ale Gaia dostarczyła nam danych, których potrzebowaliśmy, aby dowiedzieć się, skąd naprawdę pochodzą. Łącząc te dane z naszymi nowymi teoretycznymi modelami podróży tych obiektów, dokonaliśmy tego niezwykłego odkrycia” – twierdzi Kareem El-Badry z California Institute of Technology.

Jak tłumaczą astronomowie, gwiazdy hiperprędkościowe powstają, gdy układ podwójny gwiazd znajdzie się zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury. Jej intensywne przyciąganie grawitacyjne rozrywa obie gwiazdy, wciągając jedną z nich na bliską orbitę wokół niej. W międzyczasie drugi obiekt zostaje wyrzucona z prędkością przekraczającą kilka milionów kilometrów na godzinę – i rodzi się gwiazda hiperprędkościowa.

Ważną częścią badania były założenia modelu teoretycznego, że supermasywna czarna dziura w Wielkim Obłoku Magellana mogłaby utworzyć gromadę gwiazd hiperprędkościowych na krawędzi Drogi Mlecznej, uwzględniając sposób, w jaki LMC porusza się wokół naszej galaktyki. Gwiazdy wyrzucane wzdłuż kierunku ruchu galaktyki satelitarnej powinny otrzymać dodatkowy wzrost prędkości. Jak wskazują badacze, dane ujawniły istnienie takiej gromady.

Astronomowie odkryli, że właściwości gwiazd hiperprędkościowych nie można wyjaśnić innymi mechanizmami, takimi jak wystrzelenie, gdy ich towarzysze przechodzą eksplozję supernowej, bez udziału supermasywnej czarnej dziury.

„Jedynym wyjaśnieniem, jakie możemy wymyślić dla tych danych, jest istnienie monstrualnej czarnej dziury w galaktyce satelitarnej Drogi Mlecznej” – podkreśla Scott Lucchini z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

.Wykorzystując prędkości i względną liczbę gwiazd wyrzuconych przez supermasywne czarne dziury Wielkiego Obłoku Magellana i Drogi Mlecznej, badacze odkryli, że masa tej w LMC jest około 600 tysięcy razy większa od masy Słońca. Dla porównania, Sagittarius A* w Drodze Mlecznej ma masę około 4 milionów mas Słońca. W innych częściach Wszechświata istnieją supermasywne czarne dziury o masach miliardy razy większych niż masa naszej gwiazdy.

Oprac. EG