Rekordowa czarna dziura odkryta w Drodze Mlecznej
Dzięki obserwatorium Gaia, teleskopowi Europejskiego Obserwatorium Południowego i innym instrumentom naziemnym naukowcom rekordowa czarna dziura została wytropiona. W badaniach udział wzięli polscy astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.
Czarne dziury tworzą układy z gwiazdami
.Zdecydowana większość z kilkudziesięciu znanych czarnych dziur pochodzenia gwiazdowego znajduje się w układach podwójnych z gwiazdą. Układy te emitują promieniowanie rentgenowskie, co ma związek z utratą materii przez gwiazdę na skutek wysysania jej przez czarną dziurę. Jeśli jednak czarna dziura nie ma w swoim pobliżu takiej bliskiej gwiazdy, to nie obserwujemy żadnego promieniowania. Trudno wtedy taką uśpioną czarną dziurę znaleźć.
Udało się to jednak naukowcom z zespołu kosmicznego obserwatorium Gaia. Odkryto już trzeci tego rodzaju obiekt (uśpioną czarną dziurę), a do tego rekordowy w skali całej galaktyki.
Co ciekawe, odkrycie było przypadkowe, dokonano go w trakcie sprawdzania poprawności danych do kolejnego katalogu misji Gaia. Ze względu na wagę odkrycia i fakt, że publikacja katalogu planowana jest najwcześniej na 2025 rok, postanowiono o wcześniejszej publikacji wyników analiz przeprowadzonych na podstawie wstępnych danych.
Naukowcy przeanalizowali zachowanie starej jasnej gwiazdy w gwiazdozbiorze Orła, odległej od nas o 1926 lat świetlnych. Na podstawie jej ruchu orbitalnego ustalono, iż znajduje się w układzie podwójnym z uśpioną czarną dziurą o bardzo dużej masie, określonej na 33 razy większą niż masa Słońca. Nazwano ją Gaia BH3.
Taki wynik to rekord wśród gwiazdowych czarnych dziur w Drodze Mlecznej. Poprzednią rekordzistką był czarna dziura w rentgenowskim układzie podwójnym Cygnus X-1, z masą około 20 razy większą niż masa Słońca. Natomiast typowa masa czarnych dziur pochodzenia gwiazdowego to w naszej galaktyce około 10 mas Słońca.
Kierujący badaniami dr Pasquale Panuzzo z Obserwatorium Paryskiego (Francja) wskazał, że tego typu odkrycia naukowiec dokonuje się raz w całym swoim życiu.
„Przy masie trzydzieści razy większej niż ta, którą ma Słońce, obserwujemy wyniki typowe dla pomiarów mas bardzo odległych czarnych dziur obserwowanych przez eksperymenty fal grawitacyjnych. Pomiary Gaia stanowią pierwszy niepodważalny dowód na istnienie tak ciężkich czarnych dziur” – tłumaczy w przesłanym PAP komunikacie prof. Łukasz Wyrzykowski z Obserwatorium Astronomicznego UW, który jest członkiem zespołu Gaia od 2008 roku i należy do Grupy Specjalnej od Czarnych Dziur.
Przed astronomami teraz trudne zadanie: próba wyjaśnienia pochodzenia czarnych dziur tak dużych jak Gaia BH3.
Według głównych teorii, w miarę swojej ewolucji masywne gwiazdy tracą znaczą część swojej materii przez silne wiatry gwiazdowe i wyrzucenie części materii w trakcie eksplozji supernowej. To, co zostanie z jądra gwiazdy kurczy się i staje się czarną dziurą lub gwiazdą neutronową (decyduje tutaj masa). Bardzo trudno wyjaśnić pozostałość tak dużą, aby wyprodukować czarną dziurę o masie aż 33 razy większej niż masa Słońca.
Sama gwiazda krążąca wokół Gaia BH3 również jest ciekawa. Krąży wokół czarnej dziury w odległości 16 razy większej niż dystans Ziemia-Słońce z okresem 11,6 lat. Gwiazda ta jest olbrzymem, powstała w ciągu pierwszych 2 miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Wtedy Droga Mleczna dopiero się formowała. Gwiazda zawiera bardzo mało pierwiastków cięższych niż wodór i hel (tzw. metali w terminologii astronomicznej), a ponieważ gwiazdy w układach podwójnych zwykle mają taki sam skład, sugeruje to iż gwiazda, z której narodziła się czarna dziura również była uboga w metale.
„Zaskakujące jest to, że skład chemiczny towarzyszki jest podobny do tego, który znajdujemy w starych, ubogich w metale gwiazdach w Galaktyce” – wyjaśnia cytowana w komunikacie dr Milena Ratajczak z OA UW, członkini konsorcjum Gaia.
Jak powstała największa czarna dziura w naszej galaktyce
.Jest to pierwsze potwierdzenie koncepcji, że czarne dziury o dużej masie obserwowane w eksperymentach z falami grawitacyjnymi powstały w wyniku zapadnięcia się pierwotnych masywnych gwiazd ubogich w ciężkie pierwiastki. Takie obiekty mogły ewoluować inaczej niż masywne gwiazdy obecne dzisiaj w Drodze Mlecznej.
Gaia to kosmiczne obserwatorium należące do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Jego głównym zadaniem są pomiary odległości do bardzo wielu gwiazd dla sporządzenia trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej. Przy okazji zebrane dane służą naukowcom do badań w wielu innych zagadnieniach astronomii, czego przykładem jest opisywane odkrycie.
W celu potwierdzenia odkrycia badacze skorzystali z danych z obserwatoriów naziemnych: spektrografu UVES na teleskopie VLT w Chile (Europejskie Obserwatorium Południowe), spektrografu HERMES na Teleskopie Mercatora na La Palmie w Hiszpanii (którym zarządza Uniwersytet Leuven z Belgii, we współpracy z Obserwatorium Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii), spektrografu SOPHIE w Obserwatorium Haute-Provence we Francji (którym zarządza OSU Institut Pythéas).
Wyniki badań opublikowano we wtorek na łamach Astronomy & Astrophysics”.
Życie gwiazd
.Według Piotr KOŁACZKA-SZYMAŃSKIEGO, doktoranta astronomii na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Wrocławskiego i członka Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, proces ewolucji życia tych fantastycznych obiektów współcześnie ma status osobnej, niezwykle skomplikowanej teorii. Warianty i potencjalne ścieżki życia gwiazd są niezwykle zróżnicowane, chociaż przebiegają według znanego nam schematu: narodziny, rozwój i śmierć. Gwiazdy różnią się masą, składem chemicznym i wiekiem. Wszechświat składa się z milionów gazowych kul, od najmniejszych, posiadających zaledwie 8 proc. masy Słońca, po giganty sięgające nawet jej 100-krotności.
W swoim artykule opisuje, że kluczowe w procesie narodzin gwiazdy są mgławice. Jest to obłok pyłu i gazu, w którym dochodzi do formowania się gwiazd. We wczesnych fazach gaz pozostaje praktycznie niewzbudzony i zauważalny jedynie w podczerwieni. Gwiazdy dzięki kolapsowi grawitacyjnemu narodziły się z materii i powoli ją rozdmuchują, emitując specyficzną formę wiatru. Tracą materię, która odsuwa od nich gaz.
Mgławica M16 w gwiazdozbiorze Orła ma pyłowe kolumny („kolumny stworzenia”), które są miejscem powstawania gwiazd. Możemy wykonywać zdjęcia najdrobniejszych szczegółów takich mgławic i w skali roku obserwować zmiany, które w niej zachodzą. Najczęściej obrazy takiego procesu obserwujemy w świetle widzialnym, jednak astronomowie mają do badania znacznie większą paletę promieniowania elektromagnetycznego. Jednym z odcieni tej palety jest podczerwień. Za jej sprawą możemy przeniknąć przez wszystkie struktury pyłowe, co pozwala nam na dokładniejsze obserwowanie obszarów narodzin gwiazd.
„W fazie typu T Tauri początkowo materia krąży po orbicie nowo narodzonej gwiazdy. Silne pole magnetyczne prowadzi do spadania materii na powierzchnię gwiazdy, co powoduje emisję bardzo silnego promieniowania rentgenowskiego. Taka gwiazda nie byłaby przyjazna dla planet, które znalazłyby się zbyt blisko” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI
A w jądrze gwiazdy promieniowanie jest ekstremalnie energetyczne i charakteryzuje się bardzo silnym natężeniem. W pewnym momencie życia gwiazdy okazuje się, że samo świecenie nie wystarcza na transport energii z jądra w kierunku jej powierzchni. Na tym etapie pojawia się konwekcja. Możemy wyobrazić sobie to na przykładzie. Podgrzewając garnek z wodą, możemy zaobserwować komórki konwekcyjne – bąble, które nieustannie mieszają się ze sobą. Gdyby konwekcja nie następowała, dno garnka by się przypaliło, bo samo przewodnictwo ciepła nie dałoby rady odprowadzić energii.
Co więcej, konwekcja występuje także w gwieździe. Samo przewodnictwo za pośrednictwem promieniowania nie jest w stanie przemieszczać ogromnej energii, której dostarczają reakcje termojądrowe. Gaz zaczyna wykonywać ruchy okrężne. Na dole jest gorętszy, wznosi się, oddając swoją energię na powierzchni gwiazdy, a następnie ochłodzony opada. Gwiazda posiada więc dwie wyraźne warstwy: promienistą, gdzie zachodzą produkcja i przenoszenie energii, a także konwektywną.
Należy też pamiętać, że wszystkie gwiazdy zbudowane są tak samo. Mała gwiazda, posiadająca masę mniejszą niż połowa masy Słońca, jest w pełni konwektywna. Znacznie przedłuża to jej życie, ponieważ dostarcza ona sobie nowego paliwa w postaci wodoru. W gwiazdach masywniejszych niż półtorej masy Słońca tendencje się odwracają. Ilość energii generowanej w jądrze jest tak duża, że nawet promieniowanie nie daje rady z jej wyprowadzaniem. Wówczas to jądro jest konwektywne, a otoczka jest promienista.
