Porównanie kilku czarnych dziur w naszej galaktyce
Artystyczne porównanie trzech czarnych dziur w naszej galaktyce: Gaia BH1, Cygnus X-1 oraz Gaia BH3, które mają masy 10, 21 i 33 razy większe niż Słońce. Gaia BH3to najmasywniejsza gwiazdowa czarna dziura znana w Drodze Mlecznej. Promienie czarnych dziur są wprost proporcjonalne do ich mas. Proszę zwrócić uwagę, że wskazane czarne dziury same w sobie nie zostały bezpośrednio sfotografowane.
Źródło: ESO/M. Kornmesser
Astronomowie zidentyfikowali najbardziej masywną gwiazdową czarną dziurę w galaktyce Drogi Mlecznej. Dostrzeżono ją dzięki danym z misji Gaia, prowadzonej przez Europejską Agencję Kosmiczną, ponieważ powoduje dziwny chwiejny ruch towarzyszącej jej gwiazdy. Dane z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), oraz z innych obserwatoriów naziemnych, wykorzystano do zweryfikowania masy czarnej dziury. Jest to imponujące 33 razy więcej niż masa Słońca.

---

Gwiazdowe czarne dziury powstają z kolapsu masywnych gwiazd. Te zidentyfikowane do tej pory były średnio około 10 razy masywniejsze od Słońca. Nawet kolejna najmasywniejsza gwiazdowa czarna dziura znana w naszej galaktyce, Cygnus X-1, osiągnęła zaledwie 21 mas Słońca. Powoduje to nowe obserwacje obiektu o 33 masach Słońca wyjątkowymi [1].

Co ciekawe, omawiana czarna dziura znajduje się również niezwykle blisko nas – w odległości zaledwie 2000 lat świetlnych w kierunku gwiazdozbioru Orła. To druga najbliższa czarna dziura względem Ziemi. Obiekt oznaczono jako Gaia BH3 lub w skrócie BH3. Został znaleziony, gdy zespół sprawdzał obserwacje Gaia w ramach przygotowań do nadchodzącej publikacji danych. „Nikt nie spodziewał się znaleźć czającej się w pobliżu czarnej dziury o dużej masie, nie wykrytej do tej pory” mówi Pasquale Panuzzo, członek zespołu Gaia , astronom z National Centre for Scientific Research (CNRS) w Observatoire de Paris – PSL we Francji. „Tego rodzaju odkrycia dokonujesz raz w swoim życiu naukowym.”

Aby potwierdzić odkrycie, zespół Gaia użył danych z obserwatoriów naziemnych, w tym z instrumentu Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES na należącym do ESO teleskopie VLT, znajdującym się na chilijskiej pustynia Atakama [2]. Te obserwatoria ujawniły kluczowe własności towarzyszącej gwiazdy, które razem z danymi Gaia pozwoliły astronomom na dokładne zmierzenie masy BH3.

Astronomowie znaleźli podobnie masywne czarne dziury poza naszą galaktyką (korzystając z innej metody detekcji), i teoretyzowali, że mogą one powstawać z kolapsu gwiazd z bardzo małą zawartości pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Uważa się, że te tzw. ubogie w metale gwiazdy tracą mniej masy w trakcie swojego życia i dlatego mają więcej materii pozostałej po wytworzeniu czarnej dziury o dużej masie po swojej śmierci. Jednak do tej pory brakowało dowodu bezpośrednio łączącego ubogie w metale gwiazdy z czarnymi dziurami o dłuższych masach.

Gwiazdy w parach zwykle mają podobny skład chemiczny, co oznacza, że towarzyszka BH3 posiada istotne wskazówki o gwieździe, która zapadła się formując tę wyjątkową czarną dziurę. Dane UVES pokazały, że towarzyszka jest bardzo ubogą w metale gwiazdą, sugerując, że gwiazd, która zapadła się formując BH3 także była uboga w metale – dokładnie tak jak to było przewidywane.

Badania naukowe, którymi kierował Panuzzo, zostały dzisiaj opublikowane w Astronomy & Astrophysics. „Ze względu na charakter odkrycia zdecydowaliśmy się na wyjątkowy krok i opublikowaliśmy ten artykuł w oparciu o wstępne dane przed nadchodzącą publikacją zestawu danych Gaia” mówi współautorka Elisabetta Caffau, członkini zespołu Gaia, naukowiec CNRS z Observatoire de Paris - PSL. Wcześniejsze udostępnienie danych pozwoli innym astronomom na natychmiastowe rozpoczęcie badan czarnej dziury , bez czekania na pełną publikację danych, która planowana jest najwcześniej na koniec 2025 roku.


Record-breaking stellar black hole found nearby | ESO News

Dalsze obserwacje tego systemu mogą ujawnić więcej informacji o jego historii i samej czarnej dziurze. Na przykład instrument GRAVITY na należącym do ESO Interferometrze VLT może pomóc astronomom dowiedzieć się czy ta czarna dziura przyciąga materię ze swojego otoczenia i lepiej zrozumieć ten ciekawy obiekt.

Uwagi
[1] Nie jest to najmasywniejsza czarna dziura w naszej galaktyce — ten tytuł należy do Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, która ma około cztery miliony mas Słońca. Natomiast Gaia BH3 to najmasywniejsza czarna dziura znana w Drodze Mlecznej powstała z zapadnięcia się gwiazdy.

[2] Oprócz UVES na teleskopie VLT, badania opierały się na danych ze spektrografu HERMES na Teleskopie Mercatora na La Palmie (Hiszpania), którym zarządza Uniwersytet Leuven (Belgia), we współpracy z Obserwatorium Uniwersytetu Genewskiego (Szwajcaria); a także ze spektrografu wysokiej rozdzielczości SOPHIE w Obserwatorium Haute-Provence – OSU Institut Pythéas.