Około pięć tys. lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze strzelca naukowcy dostrzegli czarną dziurę swobodnie wędrującą poprzez galaktykę. Obiekt udało się dostrzec dzięki zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
Międzynarodowy zespół naukowców potwierdził, że zdarzenie mikrosoczewkowania grawitacyjnego obserwowane w 2011 roku było spowodowane obecnością samotnej czarnej dziury wędrującej w przestrzeni międzygwiazdowej. Badacze od pewnego czasu zakładali, że w przestrzeni międzygwiazdowej krąży wiele czarnych dziur, ale aż do teraz nie udało się żadnej dostrzec.
Wynika to z samej natury czarnej dziury. Obiekty te trudno obserwować, poza sytuacjami, kiedy pochłaniają materię, bo czarne dziury są tak masywne, że nawet światło nie jest w stanie oprzeć się ich grawitacyjnemu uściskowi. A jednak jesteśmy w stanie zlokalizować takie obiekty, czego dowiodły chociażby ostatnie odkrycia.
Opis badań został przesłany do publikacji w „The Astrophysical Journal”. Można się także z nim zapoznać w bazie pre-printów arXiv.
Czarne dziury nie emitują i nie odbijają promieniowania elektromagnetycznego. Poza sytuacjami, gdy obiekty te pochłaniają otaczającą je materię i są doskonale widoczne, o ich obecności astronomowie wnioskują na podstawie efektów grawitacyjnych wywieranych na otoczenie, czyli zachowania gwiazd i materii w ich najbliższym sąsiedztwie.
Czarne dziury są tak masywne, że po osiągnięciu pewnego punktu (horyzontu zdarzeń) prędkość ucieczki, czyli prędkość potrzebna do opuszczenia pola grawitacyjnego obiektu, przekracza prędkość światła w próżni i nawet światło nie jest w stanie opuścić tego obszaru.
Obiekty te powstają w wyniku śmierci gwiazdy. Gdy masywne słońca kończą swój żywot, wybuchają w supernowych i zapadają się pod wpływem własnej grawitacji i pozostawiają po sobie czarne dziury. A ponieważ zaobserwowano wiele supernowych, wydaje się jasne, że w rezultacie musiało powstać wiele czarnych dziur.
Jednak znalezienie takiej czarnej dziury nie jest łatwe. Naukowcy w tym celu szukali efektów soczewkowania grawitacyjnego. Grawitacja wypacza czasoprzestrzeń. Im gęstszy obiekt, tym silniejsza jest jego siła grawitacyjna, a gdy obiekt jest tak gęsty jak czarna dziura, to wypaczenie jest tak niewiarygodne, że działa jak soczewka, powiększając i zniekształcając znajdujące się za nim źródło światła tła. Zjawisko mikrosoczewkowania zachodzi, gdy światło od odległego źródła uginane jest przez bliższy obiekt zwany soczewką. Masa soczewki zakrzywia przestrzeń wokół niej, co powoduje ugięcie promieni świetlnych, w efekcie czego można zaobserwować pojaśnienie źródła.
Innymi słowy, do mikrosoczewkowania grawitacyjnego dochodzi wtedy, gdy grawitacja obiektów zagina i wzmacnia światło z odleglejszych gwiazd w chwili, gdy na jednej linii znajdzie się źródło promieniowania, obiekt soczewkujący oraz obserwator na Ziemi. Jeśli soczewką jest gwiazda, to pojaśnienie trwa od kilku do nawet około stu dni, jeśli zaś soczewką jest planeta – od kilku godzin do paru dni.
Zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego było już używane do identyfikacji małych, niewyraźnych obiektów, jak planety swobodne, które w innym przypadku mogłyby być zbyt trudne do zauważenia przez nasze teleskopy. Ale po raz pierwszy za pomocą mikrosoczewkowania odkryto samotną czarną dziurę.
W 2011 roku dwa zespołu astronomów dostrzegły gwiazdę, która wydawała się rozjaśniać bez wyraźnego powodu. Zaintrygowani tym odkryciem zaczęli analizować dane z teleskopu Hubble'a. Naukowcy przez sześć lat obserwowali, jak zmienia się światło gwiazdy. Potem znaleźli coś jeszcze — pozycja gwiazdy wydawała się zmieniać.
Samo zjawisko mikrosoczewkowania było niezwykle długie – trwało 270 dni. Wykazywało też niezwykle duże powiększenie. Według badaczy, najlepiej pasującym do danych obiektem była czarna dziura. Obserwowana zmiana mogła wynikać jedynie z wpływu grawitacyjnego niewidocznego obiektu, który zaburza drogę światła, a ponieważ pole grawitacyjne czarnej dziury jest ekstremalne, wypacza i skręca każde światło, które przechodzi w pobliżu.
„Informujemy o pierwszym jednoznacznym wykryciu i pomiarach czarnej dziury o masie gwiazdowej. Pokazujemy, że soczewka nie emituje wykrywalnego światła, co wraz z masą wyższą niż jest to możliwe dla białego karła lub gwiazdy neutronowej, potwierdza jej naturę czarnej dziury” – napisał zespół astronomów kierowany przez Kailasha Sahu z Space Telescope Science Institute.
Poza identyfikacją obiektu, naukowcy byli nawet w stanie wykonać pewne jego pomiary. Ustalili, że czarna dziura ma masę około 7,1 mas Słońca. Badacze obliczyli też, że czarna dziura porusza się z prędkością 45 kilometrów na sekundę.
Uczeni sądzą, że ta czarna dziura została wyrzucona z macierzystego układu w wyniku potężnej eksplozji supernowej. Nierówna siła wybuchu może wyrzucić zapadnięte jądro gwiazdy w przestrzeń kosmiczną. Podobne obiekty, wyrzucone ze swoich układów, były już obserwowane i jak sądzą uczeni, mogą ich być miliony.
Źródło: Science Alert
