Astronomowie zidentyfikowali najmasywniejszą gwiazdową czarną dziurę odkrytą dotychczas w Drodze Mlecznej. Tę czarną dziurę dostrzeżono w danych z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, ponieważ narzuca ona dziwny ruch „kołysający” krążącej wokół niej gwiazdy towarzyszącej. Dane z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego i innych obserwatoriów naziemnych wykorzystano do sprawdzenia masy czarnej dziury, która wykazała imponującą 33-krotność masy Słońca.
Gwiezdne czarne dziury powstają w wyniku zapadania się masywnych gwiazd, a te wcześniej zidentyfikowane w Drodze Mlecznej są średnio około 10 razy masywniejsze od Słońca. Nawet kolejna najbardziej masywna gwiazdowa czarna dziura znana w naszej galaktyce, Cygnus X-1, osiąga zaledwie 21 mas Słońca, co czyni tę nową obserwację o masie 33 mas Słońca wyjątkową [1].
Co ciekawe, ta czarna dziura znajduje się także niezwykle blisko nas – w odległości zaledwie 2000 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Orła jest drugą najbliższą Ziemi znaną czarną dziurą. Obiekt, nazwany w skrócie Gaia BH3 lub BH3, został odnaleziony podczas przeglądania obserwacji Gai w ramach przygotowań do nadchodzącej publikacji danych. „Nikt nie spodziewał się znaleźć czającej się w pobliżu czarnej dziury o dużej masie, jak dotąd niewykrytej” – mówi członek współpracy Gaia Pasquale Panuzzo, astronom z Observatoire de Paris, będącego częścią francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS). „Takiego odkrycia dokonuje się raz w życiu naukowym”.
Aby potwierdzić swoje odkrycie, w ramach współpracy Gaia wykorzystano dane z obserwatoriów naziemnych, w tym z instrumentu Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) na teleskopie VLT należącym do ESO, zlokalizowanym na pustyni Atakama w Chile [2]. Obserwacje te ujawniły kluczowe właściwości gwiazdy towarzyszącej, co wraz z danymi z Gai umożliwiło astronomom precyzyjny pomiar masy BH3.
Astronomowie odkryli podobnie masywne czarne dziury poza naszą galaktyką (używając innej metody wykrywania) i wysunęli teorię, że mogą one powstawać w wyniku zapadania się gwiazd zawierających w swoim składzie chemicznym bardzo niewiele pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Uważa się, że te tak zwane gwiazdy ubogie w metale tracą mniej masy w ciągu swojego życia, w związku z czym po ich śmierci pozostaje więcej materiału, który może wytworzyć wysokomasywne czarne dziury. Jednak do tej pory brakowało dowodów bezpośrednio łączących gwiazdy ubogie w metale z czarnymi dziurami o dużej masie.
Gwiazdy w parach mają zazwyczaj podobny skład, co oznacza, że towarzysz BH3 posiada ważne wskazówki na temat gwiazdy, która zapadła się, tworząc tę wyjątkową czarną dziurę. Dane UVES wykazały, że towarzysz był gwiazdą bardzo ubogą w metale, co wskazuje, że gwiazda, która zapadła się, tworząc BH3, również była uboga w metale – tak jak przewidywano.
Wyniki badania, kierowanego przez Panuzzo, opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics. „Podjęliśmy wyjątkowy krok i opublikowaliśmy ten artykuł w oparciu o wstępne dane przed nadchodzącym wydaniem Gaia ze względu na wyjątkowy charakter odkrycia” – mówi współautorka Elisabetta Caffau, również członkini współpracy Gaia z CNRS Observatoire de Paris. Wczesne udostępnienie danych umożliwi innym astronomom rozpoczęcie badań tej czarnej dziury już teraz, bez czekania na publikację pełnych danych, planowaną najwcześniej pod koniec 2025 roku.
Dalsze obserwacje tego układu mogą ujawnić więcej na temat jego historii i samej czarnej dziury. Na przykład instrument GRAVITY na interferometrze VLT należącym do ESO może pomóc astronomom dowiedzieć się, czy ta czarna dziura przyciąga materię ze swojego otoczenia i lepiej zrozumieć ten ekscytujący obiekt.
Notatki
[1] To nie jest najmasywniejsza czarna dziura w naszej galaktyce – ten tytuł należy do Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, która ma masę około cztery miliony razy większą od Słońca. Jednak Gaia BH3 to najbardziej masywna czarna dziura znana w Drodze Mlecznej, która powstała w wyniku zapadnięcia się gwiazdy.
[2] Oprócz UVES na teleskopie VLT należącym do ESO, w badaniu wykorzystano dane z: spektrografu HERMES na Teleskopie Mercator obsługiwanego w La Palma (Hiszpania) przez Uniwersytet w Leuven w Belgii, we współpracy z Obserwatorium Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii; oraz wysoce precyzyjny spektrograf SOPHIE w Observatoire de Haute-Provence – OSU Institut Pythéas.