sOd maja 2022 roku nie ma wątpliwości, że w centrum naszej galaktyki, Drodze Mlecznej, istnieje supermasywna czarna dziura. Po latach pracy międzynarodowy zespół naukowców był w stanie uchwycić „zdjęcie” tego grawitacyjnego potwora zwanego Strzelcem A* za pomocą ośmiu radioteleskopów.
W Astrophysical Journal naukowcy przedstawili dowody na istnienie drugiej czarnej dziury w Drodze Mlecznej. W przeciwieństwie do Sagittarius A*, nie jest to stacjonarna czarna dziura, ale obiekt, który przemierza galaktykę z dużą prędkością.
Naukowcy nigdy wcześniej nie wykryli bezpośrednio ani jednej czarnej dziury wędrującej przez przestrzeń międzygwiazdową – chociaż rozważania teoretyczne sugerują, że w naszej galaktyce jest ponad 100 milionów czarnych dziur.
Może 80 lat świetlnych od nas
Odkryta teraz czarna dziura znajduje się około 5000 lat świetlnych od Ziemi i znajduje się w Kareena Strzelec Spiralne ramię naszej galaktyki. Na podstawie tych informacji i skomplikowanych obliczeń statystycznych naukowcy doszli do wniosku, że najbliższa Ziemi czarna dziura może znajdować się zaledwie 80 lat świetlnych od nas. Dla porównania: najbliższa gwiazda – po Słońcu – znajduje się nieco ponad cztery lata świetlne stąd.
Pierwszego odkrycia wędrującej czarnej dziury dokonano na podstawie pomiarów z Kosmiczny teleskop Hubble. Metoda ta pozwoliła określić nie tylko odległość obiektu, ale także jego prędkość i masę.
W związku z tym czarna dziura pędzi przez Drogę Mleczną z prędkością 160 tysięcy kilometrów na godzinę. Naukowcy ustalili, że jego masa jest siedmiokrotnie większa od masy Słońca. Tak więc ta wędrowna czarna dziura jest zauważalnie mniej masywna niż Sagittarius A* w centrum galaktyki. Ten grawitacyjny potwór ma cztery miliony mas Słońca.
Siedem razy większa od masy słońca
Stosunkowo niewielka masa nowo odkrytej czarnej dziury dobrze wpisuje się w teoretyczne oczekiwania astrofizyków, którzy przez bardzo długi czas postulowali istnienie takich ciał niebieskich. Mówi się, że jest tylko 20 razy większa od naszego Słońca i powstała podczas wybuchów supernowych większych gwiazd.
Rdzeń pozostający w czarnej dziurze ma eksplodować pod wpływem sił grawitacyjnych. Ponieważ ta implozja nie jest idealnie symetryczna, formująca się czarna dziura otrzymuje pchnięcie tak, że pędzi przez przestrzeń, jak strzał z kuli armatniej.
Ale w jaki sposób teleskop Hubble’a, działający w zakresie długości fal optycznych, lokalizuje samotną czarną dziurę, gdy nie emituje ona w ogóle światła widzialnego i nie jest otoczona materią emitującą wykrywalne promieniowanie? W przypadku Strzelca A* „obraz” był możliwy tylko dlatego, że ta czarna dziura jest otoczona materią.
Włączono wykrywanie precyzyjnych soczewek
Ten tak zwany dysk akrecyjny jest stopniowo pochłaniany przez czarną dziurę i podczas tego procesu znacznie się nagrzewa. „Obraz” Strzelca A* to przecież obraz promieniowania emitowanego z bezpośredniego sąsiedztwa czarnej dziury.
Chociaż pojedyncza czarna dziura nie zawiera tego promieniowania, naukowcy nadal byli w stanie je wykryć. Dzieje się tak, ponieważ zagina otaczającą przestrzeń pod wpływem swojej grawitacji. Ta krzywizna prowadzi między innymi do tego, że światło z odległych gwiazd jest w drodze do Teleskop Hubble’a Muchy w pobliżu niewidzialnej czarnej dziury nieznacznie odchylają się od jej orbity.
Naukowcy mówią o tzw. efekcie mikrosoczewkowania. Pokazują dokładność obserwowanego ugięcia światła na następującym przykładzie: to, co udało się ustalić Hubble’owi, odpowiada obserwacji monety znajdującej się w Los Angeles za pomocą teleskopu w Nowym Jorku, udowadniając, że pozycja monety została przesunięta o dwa cm.
Hubble’a mierzono przez sześć lat
Wyzwanie związane z tak dokładnym pomiarem można dostrzec w fakcie, że Hubble zbierał dane przez okres sześciu lat, aby udowodnić istnienie tej czarnej dziury.
Dane pomiarowe zostały ocenione przez dwie niezależne grupy badawcze – z jednej strony przez zespół Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego w Baltimore pod opieką Kailasha Sahu, a z drugiej strony przez uczonych z Uniwersytet Kalifornijski w BerkeleyWyreżyserowane przez Caseya Lamma.
Obie drużyny doszły do nieco odmiennych wniosków, szczególnie w odniesieniu do masy ciała włóczęgi. W przypadku zespołu Lamm jest to nieco mniejsze, co pozostawia małe prawdopodobieństwo, że nie może to być czarna dziura, ale gwiazda neutronowa.
Wyjaśnienie nie jest jeszcze do końca pewne
„Choć często mówimy, że jest to zdecydowanie czarna dziura, nie możemy ukryć faktu, że mogą istnieć inne możliwe wyjaśnienia” – mówi Jessica Lu, badaczka z Berkeley.
Poszukiwania niewidocznych wędrowców w Drodze Mlecznej będą kontynuowane. Mając masy nieco większe niż wtedy, gdy taki obiekt został odkryty po raz pierwszy, mógł następnie z większą dozą pewności udowodnić swoją naturę jako czarna dziura.
Jest jednak jasne, jak będą wyglądały dalsze badania. Sahu zauważa, że „nie ma innego sposobu na wykrycie izolowanych czarnych dziur niż pomiar efektu mikrosoczewkowania”.
