Dodano: 04 listopad 2019r.

Astronomowie odkryli zupełnie nową klasę czarnych dziur

Zespół astronomów z Uniwersytetu Stanowego w Ohio twierdzi, że we Wszechświecie czai się zupełnie nowa klasa czarnych dziur, które mogą być znacznie mniejsze niż te odkryte do tej pory.

Czarna dziura

 

Czarne dziury to masywne obiekty, których przyciąganie grawitacyjne pochłania wszystko, co jest zbyt blisko. Ani materia, ani nawet światło nie może uciec przed intensywnym chwytem grawitacyjnym czarnej dziury.

Poszukiwania czarnych dziur, małych i dużych - takich jak te supermasywne, które znajdują się w centrach większości galaktyk, w tym naszej - pomaga badaczom uporządkować sposób działania Wszechświata i tworzy narrację o życiu i śmierci gwiazd.

 

W nowych badaniach opublikowanych w czasopiśmie „Science”, astronomowie przedstawiają nowy sposób wyszukiwania czarnych dziur i wskazują na istnienie klasy czarnych dziur mniejszych niż najmniejsze znane czarne dziury we Wszechświecie.

- Pokazujemy, że istnieje jeszcze inna populacja, której dotąd nie zbadaliśmy w poszukiwaniu czarnych dziur - powiedział Todd Thompson, profesor astronomii na Uniwersytecie Stanowym w Ohio i główny autor badania. - Naukowcy próbują zrozumieć wybuchy supernowych, to jak eksplodują supermasywne gwiazdy, jak powstają pierwiastki w supermasywnych gwiazdach. Więc jeśli udałoby się odkryć nową populację czarnych dziur, powiedziałoby nam to więcej o tym, które gwiazdy eksplodują, a które nie, które tworzą czarne dziury, a z których powstaną gwiazdy neutronowe. Otwiera to nowy obszar badań – dodał.

Czarne dziury i gwiazdy neutronowe

Czarne dziury to nic innego jak zwłoki masywnych gwiazd, które uległy wybuchowej śmierci i ostatecznie zapadły się w sobie. Te gwiezdne eksplozje mogą tworzyć dwa różne rodzaje obiektów. Jeśli oryginalna gwiazda jest wystarczająco masywna, eksplozja spowoduje powstanie czarnej dziury, ale jeśli nie, wybuch utworzy mały, gęsty obiekt znany jako gwiazda neutronowa.

Oba wspomniane rodzaje obiektów mogą zawierać interesujące informacje o pierwiastkach na Ziemi oraz o tym, jak gwiazdy żyją i umierają. Ale aby je odkryć, astronomowie muszą najpierw dowiedzieć się, gdzie są czarne dziury. Z kolei aby dowiedzieć się, gdzie są czarne dziury, muszą wiedzieć, czego szukają.

Czarne dziury są dość trudne do zlokalizowania, poza sytuacjami, kiedy pochłaniają materię. Dzieje się tak dlatego, że nie emitują żadnego promieniowania elektromagnetycznego. Być może emitują promieniowania Hawkinga, które jeśli istnieje, to nie jesteśmy w stanie go wykryć. Takiej emisji nie udało się potwierdzić obserwacyjnie.

Czarne dziury są niewidoczne dla naszych metod wykrywania dlatego, że promieniowanie elektromagnetyczne nie może uzyskać prędkości ucieczki spoza horyzontu zdarzeń. A jednak jesteśmy w stanie zlokalizować takie obiekty - na podstawie oddziaływań z otaczającą je materią oraz światłem. 

Wskazówki w układach podwójnych gwiazd

Wiadomo, że czarne dziury często są zlokalizowane w układach podwójnych. Taki układ to dwie gwiazdy znajdujące się wystarczająco blisko siebie, aby zostać przyciągnięte grawitacyjnie i krążyć wokół wspólnego środka masy. Kiedy jedna z tych gwiazd umiera, druga może przetrwać i wciąż krążąc w przestrzeni, w której żyła jej towarzyszka, zmieniona w czarną dziurę lub gwiazdę neutronową.

Astronomowie zazwyczaj szukają czarnych dziur w naszej własnej galaktyce mierząc promieniowanie rentgenowskie emitowane, gdy czarne dziury pochłaniają materię z pobliskich gwiazd. Z drugiej strony w odległych galaktykach naukowcy szukają fal grawitacyjnych wytwarzanych przez połączenie dwóch czarnych dziur lub zderzenia gwiazd neutronowych.

Thompson i jego zespół zastanawiali się, czy mogą istnieć czarne dziury o stosunkowo małej masie, które nie emitują charakterystycznych sygnałów emitowanych przez potężne czarne dziury. Takie hipotetyczne czarne dziury prawdopodobnie istniałyby we wspomnianych układach podwójnych. Jednak gwiazdy musiałyby krążyć wystarczająco daleko od siebie, by zmarła towarzyszka nie zjadła za wiele swojej sąsiadki. Badacze przypuszczali, że te małe czarne dziury nie emitowałyby wykrywalnych promieni rentgenowskich, a więc pozostałyby niewidoczne dla astronomów.

Czarne dziury o małej masie

- Jesteśmy prawie pewni, że musi być wiele takich czarnych dziur w układach podwójnych, tylko jeszcze ich nie znaleźliśmy, ponieważ to trudne zadanie – przyznał Thompson. Thompson i jego koledzy szukali dowodów na istnienie małych czarnych dziur w układach podwójnych. Przeczesali dane z eksperymentu Apache Point Observatory Evolution Galactic Evolution (APOGEE), który zawierał widma ponad 100 tys. gwiazd w naszej galaktyce.

Informacje z tego przeglądu ujawniły zmieniające się widma każdej z takich gwiazd. Jeśli naukowcy zauważyli jakiekolwiek zmiany - na przykład przesunięcie w kierunku niebieskich długości fal lub przesunięcie ku czerwieni - mogło to oznaczać, że konkretna gwiazda krąży wokół niewidzialnego towarzysza – czarnej dziury. Po przeprowadzeniu tej analizy naukowcy przyjrzeli się zmianom jasności podzbioru gwiazd, które mogą krążyć wokół czarnych dziur, wykorzystując dane z innego badania o nazwie All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Szukali gwiazd, które rozjaśniały się i ściemniały, a jednocześnie zmieniały kolor na czerwony i niebieski.

W ten sposób naukowcy odkryli ciemny obiekt zamknięty w uścisku grawitacyjnym szybko obracającej się gwiazdy. Obiekt ten został zlokalizowany w odległości około 10 tys. lat świetlnych od nas, w odległych zakątkach naszej galaktyki, w pobliżu gwiazdozbioru Woźnicy. Naukowcy oszacowali, że masa tego obiektu jest około 3,3 razy większa od masy naszego Słońca. Dane wskazywały, że obiekt jest zbyt masywny, aby być gwiazdą neutronową. Z drugiej strony jego masa jest zbyt mała w porównaniu do jakiejkolwiek znanej czarnej dziury.

- Ten ciemny, tajemniczy obiekt może być najbardziej masywną gwiazdą neutronową, jaką kiedykolwiek widziano. Byłbym nawet bardziej podekscytowany, gdyby to była prawda. Ale bardziej niż prawdopodobne jest to, że obiekt jest nigdy wcześniej nie widzianą czarną dziurą o stosunkowo małej masie – wyjaśnił Thompson.

Jeśli odkrycia te zostaną potwierdzone, obecne teorie będą musiały wziąć pod uwagę nową klasę czarnych dziur, zmuszając naukowców do przemyślenia, w jaki sposób gwiazdy i inne rodzaje ciał niebieskich rodzą się i umierają.

 

Źródło: Live Science