Gaia odkryła wielką czarną dziurę w Drodze Mlecznej
Analizując ogromne zasoby danych zebranych przez sondę Gaia, naukowcy odkryli „uśpioną” dużą czarną dziurę, o masie prawie 33 razy większej od masy Słońca. Ukrywała się w gwiazdozbiorze Orła (Aquila), blisko 2000 lat świetlnych od Ziemi. Jest to pierwszy przypadek, gdy tak duża czarna dziura pochodzenia gwiezdnego została zauważona w obrębie Drogi Mlecznej. Do tej pory czarne dziury tego typu obserwowano jedynie w bardzo odległych galaktykach. Odkrycie to jest bardzo ważne dla naszego rozumienia tego, jak rozwijają się i ewoluują masywne gwiazdy.
Materia w czarnej dziurze jest tak gęsto upakowana, że nic nie może uciec przed jej ogromnym przyciąganiem grawitacyjnym, nawet światło. Zdecydowana większość znanych nam czarnych dziur o masie gwiazdowej pochłania materię z pobliskiej gwiazdy towarzyszącej. Przechwycony materiał spada na zapadający się obiekt z dużą prędkością, stając się niezwykle gorący i uwalniając promieniowanie rentgenowskie. Układy te należą do rodziny obiektów niebieskich zwanych układami podwójnymi rentgenowskimi. Gdy czarna dziura nie ma wystarczająco bliskiego towarzysza, od którego mogłaby kraść materię, jest niezwykle trudna do wykrycia. Takie czarne dziury nazywane są „uśpionymi”.
Przygotowując się do wydania kolejnego katalogu Gaia, Data Release 4 (DR4), naukowcy sprawdzają ruchy miliardów gwiazd i przeprowadzają złożone testy, aby sprawdzić, czy coś odbiega od normy. Na ruchy gwiazd mogą wpływać ich towarzysze – lekkie obiekty jak egzoplanety, cięższe, jak gwiazdy oraz bardzo ciężkie, jak czarne dziury. W ramach współpracy Gaia działają specjalne zespoły, które badają wszelkie „dziwne” przypadki. Jeden z takich zespołów zwrócił uwagę na gigantyczną gwiazdę w gwiazdozbiorze Orła, znajdującą się w odległości 1926 lat świetlnych od Ziemi. Analizując szczegółowo chybotliwą ścieżkę gwiazdy, odkryli, że gwiazda była zamknięta w ruchu orbitalnym z uśpioną czarną dziurą o wyjątkowo dużej masie, około 33 razy większej niż masa Słońca. Jest to trzecia uśpiona czarna dziura odkryta przez sondę Gaia i została nazwana Gaia BH3. Jej odkrycie jest niezwykłe i niespodziewane. Dotąd tak duże czarne dziury były wykrywane tylko w odległych galaktykach – dzięki współpracy detektorów LIGO-Virgo-KAGRA poszukujących fal grawitacyjnych.
Średnia masa znanych czarnych dziur pochodzenia gwiezdnego w naszej galaktyce jest około 10 razy większa od masy naszego Słońca. Do tej pory rekord masy należał do czarnej dziury w rentgenowskiej gromadzie podwójnej w konstelacji Cygnusa (Cyg X-1), której masę szacuje się na około 20 razy większą od masy Słońca.
Pozostałe czarne dziury odkryte przez misję ESA Gaia w Drodze Mlecznej to BH1 znajdująca się 1560 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Wężownika (Ophiuchus) oraz Gaia BH2 znajdują się 3800 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Centaura (Centaurus). Z masą około 33 razy większą od masy Słońca BH3 jest najcięższą czarną dziurą pochodzenia gwiezdnego odkrytą w naszej galaktyce.
Gwiazda krążąca wokół czarnej dziury Gaia BH3 w odległości około 16 razy większej niż odległość Słońce – Ziemia jest też niezwykła. To bardzo stara olbrzymia gwiazda, która uformowała się w ciągu pierwszych dwóch miliardów lat po Wielkim Wybuchu, w czasie, gdy nasza galaktyka zaczęła się formować. Należy do rodziny gwiazdowego halo, tj. obszaru w Drodze Mlecznej składającego się głównie ze starych gwiazd i porusza się w kierunku przeciwnym do gwiazd dysku galaktycznego. Jej trajektoria wskazuje, że gwiazda ta była prawdopodobnie częścią małej galaktyki lub gromady kulistej, pochłoniętej przez naszą galaktykę ponad osiem miliardów lat temu.
Gwiazda towarzysząca ma niewiele pierwiastków cięższych niż wodór i hel, co wskazuje, że masywna gwiazda, która stała się czarną dziurą Gaia BH3, mogła być również uboga w ciężkie pierwiastki. To niezwykłe. Po raz pierwszy potwierdza teorię, że czarne dziury o dużej masie obserwowane w eksperymentach z falami grawitacyjnymi powstały w wyniku zapadnięcia się pierwotnych masywnych gwiazd ubogich w ciężkie pierwiastki. Te wczesne gwiazdy mogły ewoluować inaczej niż masywne gwiazdy, które obecnie obserwujemy w naszej galaktyce. Skład gwiazdy towarzyszącej może również rzucić światło na mechanizm powstawania tego zadziwiającego układu podwójnego.
Gaia to misja Europejskiej Agencji Kosmicznej. Gaia wystartowała 19 grudnia 2013 roku. Porusza się po orbicie Lissajous wokół punktu Lagrange’a L2, w odległości 1,5 mln km od Ziemi. Dzięki temu Ziemia nigdy nie zasłania Słońca i zapewniony jest stały dopływ energii z paneli słonecznych oraz brak naprężeń termicznych poprzez jednostajne oświetlenie sondy. Jej zadaniem jest tworzenie niezwykle precyzyjnej trójwymiarowej mapy ponad miliarda gwiazd w naszej galaktyce – Drodze Mlecznej – i poza nią. W tym celu mapuje ruchy gwiazd, ich jasność, temperaturę i skład. Ten ogromny spis gwiazd dostarczy danych potrzebnych do odpowiedzi na wiele ważnych pytań związanych z pochodzeniem, strukturą i historią ewolucji naszej galaktyki.
Opracowano na podstawie:
Sleeping giant surprises Gaia scientists
