Odnaleziono gwiazdową czarną dziurę o rekordowej masie. W odkryciu brali udział Polacy

W tym artykule:

1. Wyjątkowo masywna czarna dziura gwiezdna
2. Jak powstała Gaia BH3?
3. Czym jest uśpiona czarna dziura?
4. Czarna dziura z innej galaktyki
5. Dalsze badania
6. Misja Gaia

Nowoodkryty obiekt nosi nazwę Gaia BH3. Jest najmasywniejszą czarną dziurą pochodzenia gwiazdowego kiedykolwiek odkrytą w naszej Galaktyce. W dodatku funkcjonuje w tandemie z gwiazdą.

Wyjątkowo masywna czarna dziura gwiezdna

Naukowcy z Konsorcjum Przetwarzania i Analizy Danych Gaia (DPAC) odkryli znajdujący się w odległości 1926 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Orła układ podwójny. Składa się on ze starej gwiazdy, krążącej wokół „uśpionej” czarnej dziury. Jej masę szacuje się na prawie 33 masy Słońca.

To znacznie więcej niż w przypadku wszystkich innych czarnych dziur pochodzenia gwiazdowego znanych w naszej Galaktyce. Ich typowe masy wynoszą około 10 mas Słońca. Najmasywniejszą znaną dotychczas czarną dziurą jest Cyg X-1, której masę szacuje się na około 20 mas Słońca.

Przypomnijmy, że masa Słońca wynosi 1,989 × 10³⁰ kg i stanowi 99,86% całkowitej masy Układu Słonecznego. Oznacza to, że zidentyfikowana przez naukowców misji Gaia czarna dziura gwiazdowa jest prawie 33-krotnie masywniejsza niż cały Układ Słoneczny.

Jak powstała Gaia BH3?

Nowoodkryta czarna dziura jest trzecim tego typu obiektem zidentyfikowanym dzięki danym z obserwatorium kosmicznego Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Z masą ponad 30 mas Słońca, czarna dziura w układzie Gaia BH3 jest jedyną znaną czarną dziurą w naszej Galaktyce o masie porównywalnej z tymi, jakie mają czarne dziury wykrywane w odległych galaktykach za pomocą fal grawitacyjnych. – Odkrycie to, opublikowane 16 kwietnia 2024 roku w czasopiśmie naukowym „Astronomy & Astrophysics Letters”, ma głębokie implikacje dla naszego zrozumienia, w jaki sposób masywne gwiazdy ewoluują i tworzą czarne dziury – twierdzą naukowcy misji Gaia.

Czarne dziury o masie gwiazdowej formują się, gdy bardzo masywne gwiazdy kończą swoje życie, a ich jądra zapadają się. Inną kategorię stanowią supermasywne czarne dziury, których masy przekraczają miliony mas Słońca. Wiele galaktyk, w tym Droga Mleczna, ma w swoich centrach właśnie takie czarne dziury. Ich masy mogą sięgać nawet 4 milionów mas Słońca. Istnieją również czarne dziury o masach pośrednich między gwiazdowymi a supermasywnymi, a najcięższe z nich mogą być określane jako ultramasywne. Zgodnie z analizami z 2022 roku, w obserwowalnym Wszechświecie istnieje około 40 trylionów czarnych dziur pochodzących od gwiazd.

Czym jest uśpiona czarna dziura?

Zdecydowana większość znanych czarnych dziur pochodzenia gwiezdnego została zidentyfikowana w tzw. układach podwójnych rentgenowskich. W tych układach emisja promieniowania rentgenowskiego jest spowodowana materią utraconą przez gwiazdę, krążącą wokół czarnej dziury. Materia ta jest zasysana do wnętrza masywnego, niewidocznego obiektu i w trakcie tego procesu „świeci” promieniowaniem X.

Gdy czarna dziura nie ma wystarczająco bliskiego towarzysza, aby ukraść z niego materię, nie emituje żadnego promieniowania. Dlatego bardzo trudno jest ją wykryć. Takie obiekty są nazywane uśpionymi czarnymi dziurami.

Czarna dziura z innej galaktyki

Zebrane dane wskazują, że gwiazda krążąca wokół czarnej dziury Gaia BH3 jest bardzo stara. Narodziła się jeszcze przed uformowaniem się Drogi Mlecznej. Otoczona jest galaktycznym halo gwiezdnym i krąży w Galaktyce w przeciwnym kierunku w stosunku do gwiazd dysku galaktycznego. Jej ruch wskazuje na to, że gwiazda należy do Sekwoi. To galaktyka, która połączyła się z Drogą Mleczną około 10 miliardów lat temu.

Dzięki obserwatorium Gaia mogliśmy uzyskać trójwymiarowy obraz sposobu, w jaki ten układ podwójny porusza się po niebie. A to pozwoliło narysować jego trajektorię wstecz i w przód. Ten ruch jest odmienny od ruchu gwiazd w naszej Galaktyce. Ma inny kierunek i odbywa się po nietypowej orbicie nachylonej do płaszczyzny dysku Drogi Mlecznej. – Odkryliśmy, że pokrywa się z pozostałościami po wchłoniętej galaktyce, w strumieniu gwiazd zwanym Sekwoja (Sequoia) – tłumaczy profesor Wyrzykowski.

Dalsze badania

Gwiazda jest również bardzo uboga w pierwiastki cięższe niż wodór i hel. To pozwoliło autorom wydedukować, że protoplastą tej czarnej dziury o dużej masie była masywna gwiazda, również bardzo uboga w ciężkie pierwiastki. Obserwacja ta po raz pierwszy potwierdza hipotezę niektórych modeli ewolucji gwiazd. Sugerują one, że czarne dziury o dużej masie obserwowane za pomocą fal grawitacyjnych powstały w wyniku grawitacyjnego zapadania się masywnych gwiazd ubogich w ciężkie pierwiastki.

– To odkrycie otwiera cały szereg badań, które będzie można przeprowadzić na tym obiekcie, zarówno obserwacyjnych jak i teoretycznych. Dlatego Konsorcjum Gaia postanowiło opublikować informacje o odkryciu czarnej gwiazdowej wcześniej, przed upublicznieniem wszystkich danych Gaia. GaiaBH3 jest jedną z najbliższych znanych nam czarnych dziur. Bije ją jedynie GaiaBH1. Właśnie ta bliskość pozwala na dokładniejsze przyjrzenie się jej cechom. Może być ona naszym podręcznym laboratorium do badania ekstremalnej fizyki. A może coś się w tej fizyce czarnych dziur okaże nowością, która zmusi nas do zrewidowania znanych praw fizyki. Kto wie? – komentują dr Ratajczak i prof. Wyrzykowski.

Misja Gaia

Przypomnijmy, że Gaia jest bezzałogową sondą kosmiczną ESA, przeznaczoną do wykonania precyzyjnych pomiarów położeń, ruchów i jasności gwiazd. Dane pozyskane dzięki Gai pozwoliły określić wygląd naszej Galaktyki, zapewniając dokładniejszy obraz jej kształtu i symetrii. Naukowcy z misji Gaia zmapowali również strukturę centralnej poprzeczki Drogi Mlecznej i wirujących ramion spiralnych. Pogłębili naszą wiedzę na temat ich długości, nachylenia i asymetrii. W misję zaangażowane są środowiska naukowe ze wszystkich krajów zrzeszonych w Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Źródło: ESA.

Nasz ekspert

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”.