Mała rzecz niewidoczna: astronomowie odkryli najmniejszą jak dotąd czarną dziurę w Drodze Mlecznej. Waży trzy razy więcej niż Słońce i znajduje się zaledwie 1500 lat świetlnych od nas – i dlatego może być najbliższą Ziemi czarną dziurą. Naukowcy wytropili niewidzialnego i nieaktywnego „ciemnego nosorożca” tylko dlatego, że jego grawitacja wpływa na ścieżkę jego towarzysza, czerwonego olbrzyma.

Doskonały czarne dziury Powstaje, gdy masywna gwiazda wybucha jako supernowa pod koniec swojego cyklu życia. Jądro gwiazdy zapada się następnie w niezwykle gęstą gwiazdę neutronową lub staje się czarną dziurą, w zależności od jego masy. ale gdzie granica Leży między nimi, a to, jak mała jest czarna dziura, nie jest jeszcze jasne.

Jeden z głównych powodów: małe czarne dziury, które nie absorbują aktywnie materii, są niewidoczne dla astronomów i ich narzędzi pomiarowych. Nawet jeśli te gwiezdne czarne dziury są częścią podwójnego systemu, ich istnienie jest często niewidoczne w zachowaniu ich partnerów. Ile jest ich w Drodze Mlecznej i jakie masy są te niewidoczne i nieoddziałujące na siebie czarne dziury, jest w dużej mierze nieznane.

Czerwony olbrzym o zmiennej jasności

Ale teraz astronomowie wytropili jedno z tych ukrytych małych stworzeń – bardzo blisko nas. Ponieważ ciało jest ukryte na orbicie wokół jasnoczerwonego olbrzyma, który znajduje się zaledwie 1500 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Monocerusa (jednorożca). Ta masywna, gigantyczna gwiazda V723 Mon od dawna znana jest jako gwiazda zmienna o zmiennej jasności. Nie było jednak jasne, dlaczego krzywa światła zmieniała się tak regularnie.

Aby to zilustrować, naukowcy pod kierunkiem Tharindu Jayasinghe ocenili dane obserwacyjne z kilku teleskopów przy różnych długościach fal światła. Wykorzystali między innymi dane ruchowe z satelity Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, ESA oraz dane spektralne z teleskopów kosmicznych NASA TESS i Swift, a także z kilku spektrografów naziemnych.

Niewidzialny efekt towarzysza

Okazuje się, że zarówno widmo światła, wynikająca z niego prędkość radialna, jak i kształt czerwonego olbrzyma wskazują na wpływ grawitacji na towarzysza. „Jednak nie znaleźliśmy żadnych dowodów na istnienie towarzysza, który emituje światło, możemy również wykluczyć gwiazdę ciągu głównego lub parę gwiazd jako towarzysza” – czytamy w raporcie zespołu badawczego. Zamiast tego powinien to być kompaktowy, ale ciemny obiekt.

Według astronomów najprostszym wyjaśnieniem tak zwartego, ciemnego towarzysza jest czarna dziura. „Kiedy spojrzeliśmy na dane, ta czarna dziura dosłownie przyciągnęła naszą uwagę” – mówi Jayasinghe. Na podstawie charakterystyki krzywej blasku on i jego koledzy doszli do wniosku, że ta czarna dziura, nazwana na cześć swojej planety „Jednorożec”, może zawierać tylko trzy masy Słońca.

Najmniejsza i najbliższa czarna dziura

To uczyniłoby z tego „ciemnego nosorożca” najmniejszą i najbliższą jak dotąd czarną dziurę. Ponieważ rok temu astronomowie mieli układ podwójny gwiazd odległy o 1000 lat świetlnych HR 6819 Odkryj także dowody na istnienie gwiazdowej czarnej dziury. Późniejsze obserwacje, takie jak Jayasinghe i jego zespół, nie były w stanie tego potwierdzić.

Natomiast obecność „nosorożca” V723 Mon, oddalonego o 1500 lat, została potwierdzona drugim niezależnym pomiarem. Kento Masuda z Uniwersytetu w Osace i jego kolega Teriyuki Hirano ponownie przeanalizowali prędkość radialną czerwonego olbrzyma. Przy pomocy modelu zbadali najlepszy sposób interpretacji niektórych nieregularności krzywej jasności.

Potwierdzone niezależnym pomiarem

Wynik: obserwowane cechy można przypisać pływowemu efektowi czarnej dziury na czerwonym olbrzymie. Grawitacja niewidzialnego towarzysza przyciąga gwiazdę w taki sposób, że tworzy ona wędrujące wybrzuszenie – podobne do gór pływowych, które powodują grawitacyjne przyciąganie Księżyca w oceanach Ziemi. „Okresowe skutki prędkości radialnej 723 Mn można ilościowo wyjaśnić odkształceniem pływowym gwiazdy i zniekształceniem związanym z liniami absorpcyjnymi” – twierdzą naukowcy.

Obliczenia potwierdzają również niezwykle małą masę „ciemnego nosorożca”: przy 2,93 masach Słońca należy do najmniejszych czarnych dziur, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. W ten sposób porusza się w tak zwanej przerwie masowej – obszarze, w którym powinna leżeć granica między czarnymi dziurami a gwiazdami neutronowymi. Do tej pory znanych było tylko kilka czarnych dziur w tym zakresie mas, a jedna z nich może być większa niż jej odpowiednik powaga Zdradzili.

Jest ich więcej

Jiasing i jego zespół oszacowali, że w Drodze Mlecznej nadal istnieje wiele nieaktywnych, a zatem niewidocznych czarnych dziur. Zgodnie z tym, w samej galaktyce może być około 100 do 1000 w układach podwójnych, które, podobnie jak 723 Mon, składają się z gigantycznych gwiazd i nieaktywnych czarnych dziur.

Astronomowie mają nadzieję, że dokładniejsze spektrometry i teleskopy pomogą w przyszłości śledzić więcej „ciemnych nosorożców”. To może również odpowiedzieć na pytanie, co się dzieje, gdy zapada się masywna gwiazda – i kiedy powstaje gwiazda neutronowa lub czarna dziura. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, w trakcie publikacji, arXiv: 2101.02212; The Astrophysical Journal Letters, 2021; Doi: 10.3847 / 2041-8213 / abecdc)

Są to: Uniwersytet Stanowy Ohio

26 kwietnia 2021

– Nadia Podbregar