Черните дупки са най-екстремните обекти във Вселената. Свръхмасивни версии на тези невъобразимо плътни обекти вероятно се намират в центровете на всички големи галактики. Черните дупки със звездна маса, които тежат приблизително от пет до 100 пъти масата на слънцето, са много по-често срещани, като само в Млечния път са около 100 милиона.
Само няколко обаче са потвърдени до момента и почти всички от тях са „активни“ – което означава, че блестят ярко в рентгенови лъчи, докато консумират материал от близък звезден спътник, за разлика от спящите черни дупки, които не го правят.
Астрономите, използващи телескопа Gemini North на Хаваите, един от телескопите-близнаци на Международната обсерватория Gemini, управлявана от NOIRLab на NSF, откриха най-близката черна дупка до Земята, която изследователите нарекоха Gaia BH1. Тази латентна черна дупка тежи около 10 пъти повече от масата на слънцето и се намира на около 1600 светлинни години в съзвездието Змиеносец, което я прави три пъти по-близо до Земята от предишния рекордьор, рентгенова двойна система в съзвездието Еднорог.
Новото откритие стана възможно благодарение на изящни наблюдения на движението на спътника на черната дупка, подобна на слънце звезда, която обикаля около черната дупка на приблизително същото разстояние, на което Земята обикаля около слънцето.
„Вземете слънчевата система, поставете черна дупка там, където е слънцето, и слънцето там, където е Земята, и ще получите тази система“, обясни Карийм Ел-Бадри, астрофизик в Центъра за астрофизика | Харвард и Смитсониън и Института по астрономия Макс Планк и водещият автор на статията, описваща това откритие.
„Въпреки че има много заявени откривания на системи като тази, почти всички тези открития впоследствие бяха опровергани. Това е първото недвусмислено откриване на подобна на слънце звезда в широка орбита около черна дупка със звездна маса в нашата галактика.“
Въпреки че вероятно има милиони черни дупки със звездна маса, които бродят из галактиката Млечен път, малкото, които са открити, са разкрити благодарение на техните енергийни взаимодействия със звезда-компаньон. Тъй като материалът от близка звезда се движи спираловидно към черната дупка, той се прегрява и генерира мощни рентгенови лъчи и струи материал. Ако черна дупка не се храни активно (т.е. тя е латентна), тя просто се слива със заобикалящата я среда.
„Търсих спящи черни дупки през последните четири години, използвайки широка гама от набори от данни и методи“, каза Ел-Бадри. „Предишните ми опити – както и тези на други – откриха менажерия от двоични системи, които се маскират като черни дупки, но това е първият път, когато търсенето даде резултат.“
Екипът първоначално идентифицира системата като потенциално хостваща черна дупка чрез анализиране на данни от космическия кораб Gaia на Европейската космическа агенция. Gaia улови дребните нередности в движението на звездата, причинени от гравитацията на невидим масивен обект. За да проучат системата по-подробно, Ел-Бадри и неговият екип се обърнаха към инструмента Gemini Multi-Object Spectrograph на Gemini North, който измерва скоростта на спътниковата звезда, докато обикаля около черната дупка, и осигурява точно измерване на нейния орбитален период.
Последващите наблюдения на Джемини бяха от решаващо значение за ограничаване на орбиталното движение и следователно на масите на двата компонента в двоичната система, позволявайки на екипа да идентифицира централното тяло като черна дупка, приблизително 10 пъти по-масивна от нашето слънце.
„Нашите последващи наблюдения на Джемини потвърдиха извън разумно съмнение, че двойната система съдържа нормална звезда и поне една спяща черна дупка“, уточни Ел-Бадри. „Не можахме да намерим правдоподобен астрофизичен сценарий, който да обясни наблюдаваната орбита на системата, която не включва поне една черна дупка.“
„Когато имахме първите индикации, че системата съдържа черна дупка, имахме само една седмица преди двата обекта да бъдат на най-близкото разстояние в своите орбити. Измерванията в този момент са от съществено значение, за да се направят точни оценки на масата в двоична система,“ каза Ел-Бадри. „Способността на Gemini да предоставя бързи наблюдения беше от решаващо значение за успеха на проекта. Ако бяхме пропуснали този тесен прозорец, трябваше да чакаме още една година.“
Сегашните модели на астрономите за еволюцията на бинарните системи са трудно да обяснят как може да е възникнала странната конфигурация на системата Gaia BH1. По-конкретно, звездата-предшественик, която по-късно се превърна в новооткритата черна дупка, би била поне 20 пъти по-масивна от нашето слънце.
Това означава, че би живяло само няколко милиона години. Ако и двете звезди се формират по едно и също време, тази масивна звезда бързо щеше да се превърне в свръхгигант, издувайки и поглъщайки другата звезда, преди да има време да се превърне в истинска, изгаряща водород звезда от главната последователност като нашето слънце.
Изобщо не е ясно как звездата със слънчева маса е могла да оцелее в този епизод, завършвайки като привидно нормална звезда, както показват наблюденията на двойната черна дупка. Всички теоретични модели, които позволяват оцеляване, предсказват, че звездата със слънчева маса е трябвало да се окаже на много по-тясна орбита от това, което се наблюдава в действителност.
Това може да означава, че има важни пропуски в нашето разбиране за това как черните дупки се формират и развиват в двоичните системи, а също така предполага съществуването на все още неизследвана популация от спящи черни дупки в двоични системи.
„Интересно е, че тази система не се побира лесно от стандартните модели на двоична еволюция“, заключи Ел-Бадри. „Това поставя много въпроси за това как се е формирала тази двоична система, както и колко от тези спящи черни дупки има там.“
„Като част от мрежа от космически и наземни обсерватории, Gemini North не само предостави убедителни доказателства за най-близката черна дупка до момента, но и първата девствена система от черни дупки, незатрупана от обичайния горещ газ, взаимодействащ с черната дупка. “, каза ръководителят на програмата NSF Gemini Мартин Стил.
„Въпреки че това потенциално предвещава бъдещи открития на прогнозираната спяща популация на черни дупки в нашата Галактика, наблюденията също така оставят мистерия за разрешаване – въпреки споделената история с нейния екзотичен съсед, защо звездата-компаньон в тази двойна система е толкова нормална?“
Няма коментари:
Публикуване на коментар