Teleskop Gemini North na Havajima otkriva prvu uspavanu i najbližu crnu rupu zvezdane mase u našem kosmičkom dvorištu
Astronomi su koristeći Međunarodnu opservatoriju Gemini, kojom upravlja NSF-ov NOIRLab, otkrili najbližu crnu rupu Zemlji. Ovo je prvo nedvosmisleno otkrivanje uspavane crne rupe zvezdane mase u Mlečnom putu. Njena blizina Zemlji od samo 1600 svetlosnih godina, nudi intrigantan cilj proučavanja kako bi se unapredilo naše razumevanje evolucije binarnih sistema.
Šta su crne rupe zvezdane mase?
Crne rupe su najekstremniji objekti u Univerzumu. Supermasivne verzije ovih nezamislivo gustih objekata verovatno se nalaze u centrima svih velikih galaksija. Crne rupe zvezdane mase – koje teže otprilike pet do 100 puta više od mase Sunca – mnogo su češće. Postoji procenjenih 100 miliona samo u Mlečnom putu. Međutim, do danas je potvrđeno samo nekoliko njih. Pored toga, skoro sve su ‘aktivne’. To znači da sijaju jako na rendgenskom spektru dok troše materijal od obližnjeg zvezdanog pratioca. Za razliku od uspavanih crnih rupa, koje to ne čine.
Astronomi koji koriste teleskop Gemini North na Havajima, međunarodne opservatorije Gemini, otkrili su najbližu crnu rupu Zemlji, koju su istraživači nazvali Gaia BH1. Ova uspavana crna rupa je oko 10 puta masivnija od Sunca. Nalazi se na udaljenosti od oko 1600 svetlosnih godina u sazvežđu Zmije. To je čini tri puta bližim Zemlji od prethodnog rekordera, binarnog sistema u sazvežđu Monocera. Otkriće je omogućeno izuzetnim zapažanjima kretanja pratioca crne rupe, zvezde nalik Suncu koja kruži oko crne rupe na približno istoj udaljenosti kao što Zemlja kruži oko Sunca.
Šta su binarni sistemi?
„Uzmite Sunčev sistem, stavite crnu rupu tamo gde je Sunce, a Sunce tamo gde je Zemlja, i dobićete ovaj, binarni sistem“, objasnio je Karim El-Badri, astrofizičar iz Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian i Maks Plank institut za astronomiju, i glavni autor rada koji opisuje ovo otkriće. “Iako je bilo mnogo tvrdnji o otkrivanju ovakvih sistema, skoro sva ova otkrića su naknadno opovrgnuta. Ovo je prvo nedvosmisleno otkrivanje zvezde nalik Suncu u širokoj orbiti oko crne rupe zvezdane mase u našoj galaksiji.”
Verovatno postoje milioni crnih rupa zvezdane mase koje lutaju našom galaksijom. Samo nekoliko njih je otkriveno preko njihovih energetskih interakcija sa pratećom zvezdom. Kako se materijal iz obližnje zvezde spiralno približava crnoj rupi, on se pregreva i generiše moćne rendgenske zrake i mlazove materijala. Ako se crna rupa ne hrani aktivno (tj. miruje), ona se jednostavno stapa sa okolinom.
„Tragao sam za uspavanim crnim rupama poslednje četiri godine koristeći širok spektar skupova podataka i metoda“, rekao je El-Badri. „Moji prethodni pokušaji – kao i pokušaji drugih – otkrili su menažeriju binarnih sistema koji se maskiraju kao crne rupe, ali ovo je prvi put da je potraga urodila plodom.
Svemirska letelica Gaia
Tim je prvobitno identifikovao sistem kao potencijalnog domaćina crne rupe analizirajući podatke iz svemirske letelice Gaia Evropske svemirske agencije. Gaia je uhvatila sitne nepravilnosti u kretanju zvezde izazvane gravitacijom nevidljivog masivnog objekta. Da bi detaljnije istražili sistem, El-Badri i njegov tim su se okrenuli instrumentu Gemini Multi-Object Spectrograph na Gemini North. Izmerili su brzinu prateće zvezde dok je kružila oko crne rupe i obezbedili precizno merenje njenog orbitalnog perioda.
Posmatranja su bila ključna za ograničavanje orbitalnog kretanja i masa dve komponente u binarnom sistemu. To je omogućilo timu da identifikuje centralno telo kao crnu rupu koja je 10 puta masivnija od našeg Sunca.
„Naša zapažanja potvrdila su van razumne sumnje da binarni sistem sadrži normalnu zvezdu i najmanje jednu uspavanu crnu rupu“, elaborirao je El-Badri. “Nismo mogli da pronađemo uverljiv astrofizički scenario koji bi mogao da objasni posmatranu orbitu sistema koja ne uključuje bar jednu crnu rupu.”
Tim se nije oslanjao samo na izvanredne opservacijske sposobnosti Gemini North-a. Važna je bila i sposobnost Geminija da pruži podatke u kratkom roku, pošto je tim imao kratak period u kome je mogao da izvrši zapažanja.
“Kada smo imali prve indikacije da sistem sadrži crnu rupu, imali smo samo nedelju dana pre nego što su dva objekta bila na najmanjem razmaku u svojim orbitama. Merenja u ovom trenutku su od suštinskog značaja za pravljenje tačnih procena mase u binarnom sistemu”, rekao je El-Badri. „Sposobnost Geminija da pruži zapažanja u kratkom vremenskom okviru bila je ključna za uspeh projekta. Morali bismo da sačekamo još godinu dana da smo propustili taj uski prozor.“
Kako je nastao Gaia BH1 sistem?
Trenutni astronomski modeli evolucije binarnih sistema su pod teškim pritiskom. Potrebno je objasniti kako je mogla nastati neobična konfiguracija sistema Gaia BH1. Konkretno, progenitorska zvezda koja se kasnije pretvorila u novootkrivenu crnu rupu bila bi najmanje 20 puta masivnija od našeg Sunca. To znači da bi živela samo nekoliko miliona godina. Da su se obe zvezde formirale istovremeno, ova masivna zvezda bi se brzo pretvorila u supergiganta. Nadimajući se i gutajući drugu zvezdu pre nego što je stigla da postane prava zvezda glavne sekvence koja sagoreva vodonik poput našeg Sunca.
Nejasno je kako je zvezda solarne mase mogla preživeti tu epizodu. Završila je kao normalna zvezda, kao što pokazuju zapažanja binarne crne rupe. Svi teorijski modeli koji omogućavaju opstanak predviđaju da je zvezda solarne mase trebalo da završi na mnogo strožoj orbiti nego što je primećeno.
Ovo bi moglo ukazati na to da postoje praznine u našem razumevanju kako se crne rupe formiraju i razvijaju u binarnim sistemima. Takođe, sugeriše postojanje još neistražene populacije uspavanih crnih rupa u binarnim sistemima.
„Zanimljivo je da se standardni binarni evolucijski modeli ne prilagođavaju lako ovom sistemu“, zaključio je El-Badri. “To postavlja mnoga pitanja o tome kako je ovaj binarni sistem formiran. Kao i koliko je ovih uspavanih crnih rupa tamo.”
„Kao deo mreže svemirskih i zemaljskih opservatorija, Gemini North je pružio ne samo jake dokaze za najbližu crnu rupu do danas, već i prvi netaknuti sistem crnih rupa, neopterećen uobičajenim vrućim gasom koji je u interakciji sa crnom rupom. “, rekao je službenik programa NSF Gemini Martin Still.
Budućnost uspavanih crnih rupa
„Iako ovo potencijalno nagoveštava buduća otkrića predviđene uspavane populacije crnih rupa u našoj galaksiji, zapažanja takođe ostavljaju misteriju za rešavanje – uprkos zajedničkoj istoriji sa svojim egzotičnim susedom, zašto je zvezda pratilac u ovom binarnom sistemu tako normalna? “
Zapažanja Gemini North-a su napravljena kao deo diskrecionog vremenskog programa direktora (ID programa: GN-2022B-DD-202).
Međunarodnom opservatorijom Gemini upravlja partnerstvo šest zemalja. To uključuje Sjedinjene Države preko Nacionalne naučne fondacije, Kanadu preko Nacionalnog istraživačkog saveta Kanade, Čile kroz Agencia Nacional de Investigacion i Desarrollo, Brazil kroz Ministerio da Ciencia, Tecnologia e Inovacoes, Argentina preko Ministerio de Ciencia, Tecnologia e Innovacion i Koreja preko Korea Astronomy and Space Science Institute. Ovi učesnici i Univerzitet na Havajima održavaju „Nacionalnu kancelariju za Gemini“ kako bi podržali svoje lokalne korisnike.
