Odkryto pierwszy układ potrójny, którego częścią jest czarna dziura. Znajduje się tysiące lat świetlnych od Ziemi

Spis treści:

1. Ewolucja czarnych dziur
2. Wysokoenergetyczny kopniak
3. Pomoc z europejskiego obserwatorium Gaia

Układ V404 Cygni składa się czarnej dziury łapczywie żerującej na towarzyszącej jej gwieździe i jest okrążana przez bardziej odległą, można powiedzieć – zachowującą ostrożność gwiazdę. Jest to o tyle ciekawe, że powstanie czarnej dziury powinno wywołać tak wielkie zakłócenie, że wyrzuciłby ono luźno związaną odległą gwiazdę z tego potrójnego układu gwiazd.

Powszechnie uważa się, że czarne dziury powstają podczas gwałtownej śmierci masywnych gwiazd, w eksplozjach supernowych. Jednak najnowsze odkrycie naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) wskazuje, że możliwy jest też znacznie łagodniejszy proces narodzin tego typu obiektów. Nazwano go „bezpośrednim zapadaniem się”.

Ewolucja czarnych dziur

– Ten system jest bardzo ekscytujący i pozwala na lepsze zbadanie ewolucji czarnych dziur. Odkrycie rodzi również szereg pytań. Przede wszystkim interesuje nas, czy istnieje więcej tego typu potrójnych układów. Fakt, że trzecie z ciał, czyli orbitująca wokół czarnej dziury i jej żywiciela gwiazda jest nadal związana z układem, jest zaskakujący, ponieważ sugeruje, że otrzymała ona coś, co można nazwać niskoenergetycznym kopniakiem urodzeniowym – powiedział portalowi Space.com Kevin Burdge z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA.

Prowadzony przez Burdge'a zespół odkrył, że podczas gdy „gwiazda-ofiara” tej czarnej dziury okrąża ją w ciągu zaledwie 6,5 dnia ziemskiego, nowo odkryta trzecia gwiazda w układzie okrąża chciwego kosmicznego tytana tak daleko, że wykonuje orbitę tylko raz na 70 000 lat ziemskich.

– To odkrycie było szczęśliwym przypadkiem! Po prostu patrzyłem na zdjęcie V404 Cygni i zauważyłem, że jest w układzie potrójnym – powiedział Burdge. – Następnie odkryliśmy, że czarna dziura w V404 Cygni prawdopodobnie urodziła się bez macierzystej gwiazdy. Badania zespołu opublikowano w środę w czasopiśmie Nature.

Wysokoenergetyczny kopniak

Jak się okazuje czarne dziury wciąż skrywają wiele tajemnic. Ogłoszona ponad wiek temu ogólna teoria względności Einsteina skierowała naukowców na ścieżkę, która doprowadziła do odkrycia czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

Jasne i gwałtowne kosmiczne eksplozje szybko powiązano z procesem narodzin tych ultragęstych gwiezdnych ciał. Eksplozje supernowych, mające być zaczątkiem formownia się czarnych dziur, są często jaśniejsze niż połączone światło każdej gwiazdy w otaczającej je galaktyce. Oznacza to również, że w momencie wybuchu dostarczają one wszystkim orbitującym gwiazdom energetycznego kopa.

– Kopnięcia prenatalne to pęd netto, który czarna dziura otrzymuje po swoich narodzinach. Na przykład, jeśli mamy do czynienia z supernową i materia zostaje wyrzucona asymetrycznie, aby zachować pęd, czarna dziura zostaje odrzucona w przeciwnym kierunku niż materia – wyjaśnia Burdge.

Bliska gwiazda, która jest ściśle związana grawitacyjnie z nową czarną dziurą, może przetrwać energię otrzymaną z eksplozji supernowej i pozostać w układzie. Siła grawitacji szybko spada jednak na dużych odległościach, co oznacza, że każda odległa gwiazda, która nie jest ściśle trzymana przez czarną dziurę, powinna zostać wyrzucona i błąkać się po kosmosie jako gwiazda swobodna. Dlaczego więc nie stało się tak w przypadku opisywanego układu potrójnego?

Pomoc z europejskiego obserwatorium Gaia

Przed udzieleniem odpowiedzi na to pytanie, zespół musiał najpierw potwierdzić, że ta odległa gwiazda na pewno krąży wokół wewnętrznego układu podwójnego V404 Cygni. Dokonali tego za pomocą 10-letnich obserwacji z teleskopu kosmicznego Gaia, statku kosmicznego, który precyzyjnie monitoruje ruch miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej.

Zespół odkrył, że czarna dziura i gwiazda rzeczywiście poruszają się w tandemie, a zewnętrzna gwiazda znajduje się 3500 razy dalej od centralnej czarnej dziury niż Ziemia od naszego Słońca.

– Widzimy dwie gwiazdy, które podążają za sobą, ponieważ są połączone słabym ciągiem grawitacyjnym. Więc to musi być układ potrójny – komentuje szef zespołu z MIT.

Aby ustalić, dlaczego zewnętrzna gwiazda tego układu nie została wyrzucona w przestrzeń kosmiczną, Burdge i jego zespół przeprowadzili szereg symulacji. Sprawdzali w ten sposób jak taki potrójny układ mógł ewoluować do obecnego stanu i nadal zachować swoją zewnętrzną gwiazdę.

Każda symulacja rozpoczęła się od trzech gwiazd, z których jedna przekształciła się w czarną dziurę. Do symulacji wprowadzono eksplozję supernowej, którą Burdge przeprowadził dziesiątki tysięcy razy, zmieniając ilość uwolnionej energii i kierunek, w którym energia została uwolniona.

Niewiele z tych symulacji doprowadziło do powstania potrójnego układu czarnych dziur. W większości jedynymi symulacjami, które powielały obserwacje zespołu dotyczące tego układu, były te, które eliminowały eksplozję supernowej i widziały czarną dziurę utworzoną przez bezpośrednie zapadnięcie się.

Zespół ustalił też, że zewnętrzna gwiazda ma około 4 miliardów lat i doszedł do wniosku, że cały system jest w tym samym wieku.

Źródło: Space.com, Nature.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.