Nova obitelj crnih rupa u našem kozmičkom dvorištu

Koristeći podatke iz ESA-ine Gaia misije, astronomi su otkrili ne samo najbližu, već i drugu najbližu crnu rupu Zemlji. Crne rupe, Gaia BH1 i Gaia BH2, nalaze se, redom, samo 1560 svjetlosnih godina od nas u smjeru sazviježđa Zmijonosca i 3800 svjetlosnih godina u sazviježđu Kentaur. U galaktičkim razmjerima, ove crne rupe smještene su u našem kozmičkom dvorištu.

Dvije crne rupe otkrivene su proučavanjem kretanja njihovih pratećih zvijezda. Čudno “ljuljanje” u kretanji zvijezda na nebu ukazuje na to da one kruže oko vrlo masivnog objekta. U oba slučaja, objekti su otprilike deset puta masivniji od našeg Sunca. Druge objašnjenja za ove masivne pratitelje, poput dvostrukih zvjezdanih sustava, odbačeni su jer se čini da ne emitiraju svjetlost.

Otkrivanje crnih rupa

Do nedavno su sve crne rupe koje su astronomi znali bile otkrivene zračenjem svjetlosti – obično na rendgenskim i radio valnim duljinama – nastalim padanjem materijala. Nove crne rupe su doista crne i mogu se otkriti samo njihovim gravitacijskim učincima. Udaljenost zvijezda od crne rupe i orbite zvijezda oko njih mnogo su duže od ostalih poznatih binarnih sustava crnih rupa i zvijezda. Ti bliži parovi zvijezda i crnih rupa, nazivani rendgenski binari, obično su vrlo sjajni u rendgenskoj i radio svjetlosti, pa su stoga lakše pronaći. No nova otkrića ukazuju na to da su crne rupe u širim binarnim sustavima češće.

“Ono što ovu novu skupinu crnih rupa razlikuje od onih koje smo već znali jest njihova široka udaljenost od pratećih zvijezda. Ove crne rupe vjerojatno imaju potpuno drugačiju povijest nastanka od rendgenskih binarnih sustava”, objašnjava Kareem El-Badry, otkrivač novih crnih rupa i istraživač na Harvard-Smithsonian centru za astrofiziku u SAD-u i Max-Planck institutu za astronomiju u Heidelbergu, Njemačka.

Otkrivene su pomoću Gaia podataka

Crne rupe otkrivene su pomoću Gaia podataka. Gaia precizno mjeri položaje i kretanja milijardi zvijezda. Kretanje zvijezda na nebu može pružiti ključne tragove o objektima koji gravitacijski utječu na te zvijezde. Ti objekti mogu uključivati druge zvijezde, egzoplanete i crne rupe.

“Točnost Gaia podataka bila je ključna za ovo otkriće. Crne rupe pronađene su uočavanjem sitnog pomicanja njihove prateće zvijezde dok kruži oko njih. Nijedan drugi instrument nije sposoban za takva mjerenja”, kaže Timo Prusti, znanstvenik projekta ESA Gaia.

Točna mjerenja kretanja u tri smjera

Gaia je pružila točna mjerenja kretanja u tri smjera, ali da bi se preciznije razumjelo kako se zvijezde udaljavaju i približavaju nama, bile su potrebne dodatne mjerenja radijalne brzine. Teleskopi na zemlji pružili su ova mjerenja za novootkrivene crne rupe, što je dalo konačan trag za zaključak da su astronomi otkrili crne rupe.

Crne rupe često nisu potpuno nevidljive. Kada materijal pada na njih, mogu emitirati svjetlost u radijskom i rendgenskom području. Za drugu Gaia crnu rupu, NASA-in Chandra X-ray Observatory i južnoafrički MeerKAT radioteleskop na tlu tražili su ovu svjetlost, ali nisu uspjeli detektirati nijedan signal.

“Iako ništa nismo detektirali, ova informacija je iznimno vrijedna jer nam puno govori o okruženju oko crne rupe. S prateće zvijezde dolazi puno čestica u obliku zvjezdanog vjetra. Ali budući da nismo vidjeli radijsku svjetlost, to nam govori da crna rupa nije veliki konzument i da malo čestica prelazi njen horizont događaja. Ne znamo zašto je to tako, ali želimo saznati!”, kaže Yvette Cendes koja je pomogla otkriti drugu crnu rupu i astronomkinja je na Harvard-Smithsonian centru za astrofiziku u SAD-u.

Novi tip crnih rupa ne emitira svjetlost

Novi tip crnih rupa ne emitira svjetlost, čineći ih praktički nevidljivima, vjerojatno zato što su mnogo dalje od svojih pratećih zvijezda. Gaia BH1 i Gaia BH2 imaju najšire odvojene orbite svih poznatih crnih rupa. Činjenica da su ujedno i najbliže poznate crne rupe Zemlji sugerira da mnoge slične crne rupe u širokim binarnim sustavima još čekaju na otkriće.

“Ovo je vrlo uzbudljivo jer sada implicira da su crne rupe u širokim orbitama zapravo česte u svemiru – češće nego u binarnim sustavima gdje su crna rupa i zvijezda bliže. No problem je u detektiranju takvih crnih rupa. Dobra vijest je da Gaia i dalje prikuplja podatke, a sljedeće objavljivanje podataka (2025. godine) sadržavat će mnogo više ovih zvijezda s tajanstvenim crnorupnim pratiocima”, objašnjava Yvette.

Odakle potječu ove crne rupe?

Sljedeće objavljivanje Gaia podataka temeljit će se na 66 mjeseci promatranja i sadržavat će poboljšane informacije o orbitama zvijezda. U međuvremenu će astronomi biti zauzeti razmatranjem odakle potječu ove crne rupe u širokim orbitama.

Kareem El-Badry ističe: “Sumnjali smo da bi mogle postojati crne rupe u širim sustavima, ali nismo bili sigurni kako bi se formirale. Njihovo otkriće znači da moramo prilagoditi naše teorije o evoluciji binarnih zvjezdanih sustava jer još uvijek nije jasno kako se ti sustavi formiraju.

“Gaia Data Processing and Analysis Consortium razvija metode za identifikaciju astrometrijskih binarnih sustava s kompaktnim pratiocima. Očekujemo da ćemo u sljedećem objavljivanju Gaia podataka pružiti dobar uzorak kandidata”, kaže član tima Tsevi Mazeh sa Sveučilišta u Tel Avivu. Znanstvena zajednica s nestrpljenjem očekuje daljnje širenje ove nove populacije uspavanih crnih rupa.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr