Według nowych odkryć we wszechświecie czai się zupełnie nowa klasa czarnych dziur, które mogą być znacznie mniejsze niż to, co odkryli naukowcy.
Czarne dziury to masywne ciała niebieskie, które pochłaniają wszystko, co jest zbyt blisko; nawet światło nie może uciec przed intensywnym chwytem grawitacyjnym czarnej dziury. Poszukiwanie czarnych dziur, małych i dużych - takich jak te supermasywne, które znajdują się w centrum większości galaktyk, w tym naszej - pomaga badaczom uporządkować sposób działania wszechświata i tworzy narrację o życiu i śmierci gwiazd.
To dlatego, że czarne dziury są zwłokami masywnych gwiazd, które uległy wybuchowej śmierci, ostatecznie zapadając się. Wybuchowa śmierć, a następnie zapadnięcie się gwiazd mogą tworzyć dwa różne obiekty. Jeśli oryginalna gwiazda jest wystarczająco masywna, eksplozja spowoduje powstanie czarnej dziury, ale jeśli nie, zwłoki utworzą mały, gęsty obiekt znany jako gwiazda neutronowa.
Astronomowie zazwyczaj szukają tych czarnych dziur w naszej własnej galaktyce, mierząc promieniowanie rentgenowskie emitowane, gdy czarne dziury odprowadzają materiał z pobliskich gwiazd. Z drugiej strony w odległych galaktykach naukowcy szukają fal grawitacyjnych wytwarzanych przez połączenie dwóch czarnych dziur lub zderzenie gwiazd neutronowych.
Ale grupa badaczy zastanawiała się, czy mogą istnieć czarne dziury o stosunkowo małej masie, które nie emitują charakterystycznych sygnałów rentgenowskich innych czarnych dziur. Takie hipotetyczne czarne dziury prawdopodobnie istniałyby w układzie podwójnym z inną gwiazdą, chociaż krążą wystarczająco daleko od tej gwiazdy, że nie zjadłyby wiele ze swojego gwiezdnego towarzysza; naukowcy przypuszczali, że te małe czarne dziury nie emitowałyby wykrywalnych promieni rentgenowskich, a zatem pozostałyby niewidoczne dla astronomów, powiedział Todd Thompson, profesor astronomii na Uniwersytecie Stanowym w Ohio i główny autor badania określającego nowe ustalenia.
„Jesteśmy prawie pewni, że musi być wiele, wiele z tych czarnych dziur w układach podwójnych z gwiazdami w galaktykach, tylko że ich nie znaleźliśmy, ponieważ trudno je znaleźć” - powiedział Thompson Live Live. Ale „zawsze interesujące jest znalezienie rzeczy, których nie widać”.
Thompson i jego koledzy szukali dowodów na istnienie czarnych dziur w gwiezdnych towarzyszach proponowanych obiektów. Naukowcy przeczesali dane z eksperymentu Apache Point Observatory Evolution Galactic Evolution (APOGEE), które zawierały informacje o spektrum światła - różnych długościach fali energii wytwarzanej przez obiekt - z ponad 100 000 gwiazd w naszej galaktyce.
Informacje z tej ankiety ujawniły zmieniające się widma lub długości fali światła z każdej z tych gwiazd. Jeśli naukowcy zauważyli jakieś zmiany w tych widmach - na przykład przesunięcie w kierunku niebieskich długości fal lub przesunięcie w kierunku bardziej czerwonych długości fal - może to oznaczać, że konkretna gwiazda krąży wokół niewidzialnego towarzysza. Po przeprowadzeniu tej analizy naukowcy przyjrzeli się zmianom jasności podzbioru gwiazd, które mogą krążyć wokół czarnych dziur, wykorzystując dane z innego badania o nazwie All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Szukali gwiazd, które rozjaśniały się i ściemniały, a jednocześnie zmieniały kolor na czerwony i niebieski.
W ten sposób naukowcy odkryli masywny ciemny obiekt zamknięty w uścisku grawitacyjnym z szybko obracającą się gigantyczną gwiazdą w odległości około 10 000 lat świetlnych w odległych zakątkach naszej galaktyki, w pobliżu gwiazdozbioru Auriga. Naukowcy oszacowali, że masa tego obiektu jest około 3,3 razy większa od masy naszego Słońca, zbyt masywna, by być gwiazdą neutronową i niewystarczająco masywna w porównaniu do jakiejkolwiek znanej czarnej dziury.
Według Thompsona najbardziej masywna gwiazda neutronowa, jaką znają naukowcy, jest 2,1 razy większa od masy naszego Słońca, podczas gdy najmniej masywna znana czarna dziura jest około pięć do sześciu razy większa od masy naszego Słońca. Jednak dolna granica masy nowo odkrytego obiektu - najniższa masa, jaką może być ten obiekt - jest 2,6 razy większa niż masa naszego Słońca, co zdaniem astronomów stanowi górną granicę teoretycznego uzyskania masywnych gwiazd neutronowych. Więcej masywnych niż to, a gwiazda neutronowa zapadnie się w czarną dziurę.
Tak więc ten ciemny, tajemniczy obiekt „może być najbardziej masywną gwiazdą neutronową, jaką kiedykolwiek widziano” na granicy, po której nie może istnieć, powiedział Thompson. „Byłbym nawet bardziej podekscytowany, gdyby to była prawda”. Ale bardziej niż prawdopodobne, to hipotetyczna, ale nigdy wcześniej nie odkryta czarna dziura o stosunkowo małej masie, dodał.
Dejan Stojkovic, kosmolog i profesor fizyki na uniwersytecie w Buffalo College of Arts and Sciences, który nie był zaangażowany w badania, zgodził się. „To najprawdopodobniej czarna dziura”, ponieważ jest zbyt masywna, aby być gwiazdą neutronową, chyba że jest to jakaś niezwykła gwiazda, Stojkovic powiedział Live Science. „Odkrycie brzmi bardzo rozsądnie”, ale nie jest nieoczekiwane, ponieważ astronomowie wiedzą, że istnieją czarne dziury o mniejszej masie.
Thompson powiedział, że nie może się doczekać przyszłych odkryć, takich jak informacja o nachyleniu orbity gwiazdy wokół ciemnego obiektu, który statek kosmiczny Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej może zgromadzić w nadchodzącej misji. Może to pomóc naukowcom w dokładniejszym pomiarze masy ciemnego obiektu.
Odkrycia zostały opublikowane wczoraj (31 października) w czasopiśmie Science.
