Najveći dio crnih rupa zvjezdane mase u Mliječnoj stazi vjerojatno nije u binarnom sustavu. Nemaju zvijezdu, bijelog patuljka ni drugu crnu rupu čije bi gibanje ili sjaj mogao odati njihovu prisutnost. Prema novom modelu, takvih je danas oko 91 posto.
Do tog se zaključka došlo simulacijom razvoja Mliječne staze koja prati nastanak i smrt zvijezda, raspade binarnih sustava nakon supernova te putanje crnih rupa kroz gravitacijsko polje galaksije. U osnovnom scenariju kroz je povijest Mliječne staze nastalo oko 170 milijuna crnih rupa zvjezdane mase, a približno 3 posto njih dobilo je dovoljnu brzinu da napusti galaksiju.
Crne rupe najlakše pronalazimo kada su u paru
Sama crna rupa ne emitira svjetlost koju teleskop može izravno zabilježiti. Astronomi je zato najčešće otkrivaju posredno, kroz djelovanje na okolinu. Ako povlači plin sa zvijezde pratiteljice, zagrijani plin može emitirati rendgensko zračenje. U drugim slučajevima prisutnost crne rupe odaje putanja vidljive zvijezde koja kruži oko nevidljivog objekta.
Takav je bio slučaj s crnom rupom Gaia BH1, čija je prisutnost otkrivena preciznim praćenjem zvijezde nalik Suncu. Dosadašnji katalog crnih rupa zato je u velikoj mjeri sastavljen od sustava koje je već po samoj prirodi lakše pronaći.
Čak ni svaka crna rupa koja ostane u paru nije jednako dostupna opažanjima. Model procjenjuje da u Mliječnoj stazi postoji oko deset milijuna crnih rupa u binarnim sustavima, ali većinu tih parova čine dvije crne rupe ili crna rupa i bijeli patuljak. Zvijezdu uz sebe ima tek oko 170.000 crnih rupa.
Kako nastaju izolirane crne rupe
U osnovnom scenariju istraživanja sve su zvijezde koje će na kraju stvoriti crnu rupu započele život u binarnom sustavu. Velik dio tih parova ipak ne preživi završetak života masivne zvijezde.
Kada se jezgra zvijezde uruši, supernova može izbaciti veliku količinu materijala i poremetiti orbitu para. Asimetrična eksplozija dodatno može dati novonastaloj crnoj rupi snažan potisak. Ako je promjena dovoljno velika, binarni se sustav raspada, a crna rupa nastavlja putovati galaksijom bez pratitelja.
Oko dvije trećine izoliranih crnih rupa u modelu nastaje upravo nakon raspada binarnog sustava pri kolapsu zvijezde. Ostale potječu od zvijezda koje su se spojile prije nego što je ijedna od njih doživjela kolaps jezgre. Crna rupa koja pritom nastane od početka je sama.
Raspršene su dalje od ravnine galaksije
Simulacije pokazuju da crne rupe nisu raspoređene poput većine vidljivih zvijezda u tankom disku Mliječne staze. Dodatne brzine koje prime pri nastanku s vremenom ih raspršuju daleko iznad i ispod galaktičke ravnine.
Prema modelu, njihova je karakteristična udaljenost od ravnine galaksije oko 2,5 puta veća nego kod vidljivih zvijezda. Manje crne rupe češće dobivaju snažnije potiske, pa ih se više nalazi na većim udaljenostima od diska, dok masivnije crne rupe uglavnom ostaju bliže njegovoj ravnini.
Procijenjena gustoća u Sunčevu susjedstvu daje još jednu zanimljivu brojku. Najbliža crna rupa zvjezdane mase u prosjeku bi se mogla nalaziti oko 19 parseka, odnosno približno 62 svjetlosne godine od Sunca. To nije predviđanje položaja konkretnog objekta, već statistička procjena temeljena na gustoći koju daje model.
Gravitacijska mikroleća može otkriti nevidljive objekte
Najbolju priliku za pronalazak takvih crnih rupa pruža gravitacijska leća. Kada nevidljiva crna rupa prođe točno ispred udaljenije zvijezde, njezina gravitacija nakratko pojača svjetlost zvijezde i pomakne njezin prividni položaj na nebu.
Autori rada navode da je dosad tom metodom potvrđena samo jedna izolirana crna rupa. Budući svemirski teleskop Nancy Grace Roman mogao bi pronaći stotine sličnih objekata tijekom praćenja gustih zvjezdanih polja prema središtu galaksije.
Važnu dopunu donijet će i Gaia DR4, čija je objava predviđena za 2. prosinca 2026. Gaia neće izravno pronaći izolirane crne rupe, ali bi trebala otkriti dodatne sustave u kojima crna rupa utječe na putanju vidljive zvijezde. Usporedba tih podataka s budućim opažanjima mikroleća mogla bi pokazati koliko je današnji uzorak crnih rupa doista pristran prema rijetkim sustavima s pratiteljima.
Procjenu tek treba provjeriti opažanjima
Broj od 170 milijuna nije opaženi popis crnih rupa, već ishod računalnog modela. Kada su u simulacijama mijenjane pretpostavke o eksplozijama supernova, razvoju binarnih zvijezda i povijesti Mliječne staze, ukupan se broj crnih rupa mijenjao gotovo za red veličine.
Ipak, rad jasno pokazuje problem dosadašnjih otkrića. Astronomi najlakše vide crne rupe koje imaju zvijezdu pratiteljicu, dovoljno plina u okolini ili se spajaju s drugom crnom rupom. Velika populacija tihih, izoliranih objekata zasad ostaje gotovo potpuno skrivena.
