Według nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z UCL (University College London) i Uniwersytetu w Poczdamie, dwie masywne, stykające się gwiazdy w sąsiedniej galaktyce są na dobrej drodze, by stać się czarnymi dziurami, które ostatecznie zderzą się ze sobą, generując fale w tkaninie czasoprzestrzeni .
Badanie, zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics, dotyczyło znanej gwiazdy podwójnej (dwóch gwiazd krążących wokół wspólnego środka ciężkości), analizując światło gwiazd uzyskane z szeregu teleskopów naziemnych i kosmicznych.
Naukowcy odkryli, że gwiazdy znajdujące się w sąsiedniej galaktyce karłowatej zwanej Małym Obłokiem Magellana są w częściowym kontakcie i wymieniają się materią, przy czym jedna gwiazda „żywi się” drugą. Krążą wokół siebie co trzy dni i są najbardziej masywnymi stykającymi się gwiazdami (znanymi jako układy podwójne kontaktowe), jakie kiedykolwiek zaobserwowano.
Porównując wyniki swoich obserwacji z teoretycznymi modelami ewolucji gwiazd podwójnych, odkryli, że w modelu najlepiej dopasowanym gwiazda, która jest obecnie karmiona, stanie się czarną dziurą i będzie żywić się swoją gwiazdą towarzyszącą. Ocalała gwiazda wkrótce stanie się czarną dziurą.
Te czarne dziury utworzą się w ciągu zaledwie kilku milionów lat, ale potem będą krążyć wokół siebie przez miliardy lat, zanim zderzą się z taką siłą, że wygenerują fale grawitacyjne – zmarszczki w tkaninie czasoprzestrzeni – które teoretycznie mogłyby zostać wykryte za pomocą instrumentów na Ziemi.
Doktorant Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), główny autor badania, powiedział: „Dzięki detektorom fal grawitacyjnych Virgo i LIGO wykryto dziesiątki połączeń czarnych dziur w ciągu ostatnich kilku lat. obserwować gwiazdy, co do których przewiduje się, że zapadną się w czarne dziury tej wielkości i połączą się w skali czasu krótszej lub nawet w przybliżeniu porównywalnej z wiekiem Wszechświata.
„Nasz najlepiej dopasowany model sugeruje, że te gwiazdy połączą się jako czarne dziury za 18 miliardów lat. Znalezienie gwiazd na tej ścieżce ewolucyjnej tak blisko naszej Drogi Mlecznej daje nam doskonałą okazję, aby dowiedzieć się jeszcze więcej o tym, jak powstają te układy podwójne czarnych dziur”.
Współautor Daniel Pauli, doktorant na Uniwersytecie w Poczdamie, powiedział: „Ta gwiazda podwójna jest najmasywniejszym układem podwójnym kontaktowym zaobserwowanym do tej pory. Mniejsza, jaśniejsza i gorętsza gwiazda, 32 razy większa od masy Słońca, obecnie traci masę do swojego większego towarzysza, który ma masę 55 razy większą od naszego Słońca”.
Czarne dziury, które astronomowie widzą dzisiaj łączą się, powstały miliardy lat temu, kiedy wszechświat miał niższy poziom żelaza i innych cięższych pierwiastków. Proporcja tych ciężkich pierwiastków wzrosła wraz ze starzeniem się Wszechświata, co zmniejsza prawdopodobieństwo łączenia się czarnych dziur. Dzieje się tak dlatego, że gwiazdy z większym udziałem cięższych pierwiastków mają silniejsze wiatry i szybciej się rozpadają.
Dobrze zbadany Mały Obłok Magellana, znajdujący się około 210 000 lat świetlnych od Ziemi, dzięki dziwactwu natury zawiera około jednej siódmej obfitości żelaza i innych metali ciężkich w naszej własnej galaktyce Drogi Mlecznej. Pod tym względem naśladuje warunki panujące w odległej przeszłości wszechświata. Ale w przeciwieństwie do starszych, bardziej odległych galaktyk, jest wystarczająco blisko, aby astronomowie mogli zmierzyć właściwości pojedynczych i podwójnych gwiazd.
W swoich badaniach naukowcy zmierzyli różne pasma światła pochodzącego z gwiazdy podwójnej (analiza spektroskopowa), wykorzystując dane uzyskane w wielu okresach czasu przez instrumenty na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a (HST) NASA i Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na ESO Very Large Telescope w Chile, między innymi teleskopy, w zakresie długości fal od ultrafioletu przez optyczny do bliskiej podczerwieni.
Dzięki tym danym zespół był w stanie obliczyć prędkość radialną gwiazd – czyli ruch, jaki wykonały w kierunku do nas lub od nas – jak również ich masy, jasność, temperaturę i orbity. Następnie dopasowali te parametry do najlepiej dopasowanego modelu ewolucyjnego.
Ich analiza spektroskopowa wykazała, że większa część zewnętrznej otoczki mniejszej gwiazdy została zdarta przez jej większego towarzysza. Zaobserwowali również, że promień obu gwiazd przekroczył ich płat Roche’a – czyli obszar wokół gwiazdy, w którym materia jest związana grawitacyjnie z tą gwiazdą – potwierdzając, że część materii mniejszej gwiazdy przelewa się i przenosi do gwiazdy towarzyszącej.
Omawiając przyszłą ewolucję gwiazd, Rickard wyjaśnił: „Mniejsza gwiazda stanie się najpierw czarną dziurą, za zaledwie 700 000 lat, albo w wyniku spektakularnej eksplozji zwanej supernową, albo może być tak masywna, że zapadnie się w czarną dziurę otwór bez wybuchu na zewnątrz.
„Będą niespokojnymi sąsiadami przez około trzy miliony lat, zanim pierwsza czarna dziura zacznie gromadzić masę od swojego towarzysza, mszcząc się na swoim towarzyszu”.
Pauli, który prowadził modelowanie, dodał: „Zaledwie po 200 000 lat, w astronomicznej chwili, gwiazda towarzysząca również zapadnie się w czarną dziurę. Te dwie masywne gwiazdy będą nadal krążyć wokół siebie, krążąc w kółko co kilka dni przez miliardy lat.
„Powoli będą tracić tę energię orbitalną poprzez emisję fal grawitacyjnych, aż zaczną krążyć wokół siebie co kilka sekund, ostatecznie łącząc się za 18 miliardów lat z ogromnym uwolnieniem energii przez fale grawitacyjne”.