Dziwne zachowanie gwiazdy ujawniło ukrytą czarną dziurę
Astronomowie używający należącego do ESO instrumentu MUSE na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile odkryli gwiazdę w gromadzie NGC 3201, która zachowuje się bardzo dziwnie. Wydaje się krążyć po orbicie wokół niewidzialnej czarnej dziury o masie około czterech mas Słońca - to pierwsza taka nieaktywna czarna dziura o masie gwiazdowej odkryta w gromadzie kulistej i pierwsza znaleziona przez bezpośrednie wykrycie jej oddziaływania grawitacyjnego.
Gromady kuliste gwiazd to olbrzymie kule dziesiątek tysięcy gwiazd, które krążą wokół większości galaktyk. Należą do najstarszych znanych systemów gwiazdowych we Wszechświecie i są datowane na czasy bliskie początkom wzrostu i ewolucji galaktyk. Obecnie wiadomo o ponad 150 takich gromadach należących do Drogi Mlecznej.
Jedna z gromad, o nazwie NGC 3201, położona w południowym gwiazdozbiorze Żagla, została zbadana przy pomocy instrumentu MUSE na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile. Międzynarodowy zespół astronomów ustalił, iż jedna z gwiazd w NGC 3201 zachowuje się bardzo dziwnie - jest przerzucana do przodu i do tyłu z prędkościami kilkuset tysięcy kilometrów na godzinę, co następuje w powtarzalny sposób co 167 dni.
- Krąży po orbicie wokół czegoś, co jest kompletnie niewidoczne, a ma masę ponad cztery razy większą niż masa Słońca - to może być tylko czarna dziura! Pierwsza odkryta w gromadzie kulistej przez bezpośrednie obserwacje przyciągania grawitacyjnego - powiedział Benjamin Giesers z Georg-August-Universität Göttingen.
Związek pomiędzy czarnymi dziurami, a gromadami kulistymi jest ważny, ale tajemniczy. Z powodu swoich dużych mas i starego wieku tych gromad uważa się, że wyprodukowały one mnóstwo czarnych dziur o masach gwiazdowych - powstających gdy masywne gwiazdy wybuchają i kolapsują po długim życiu w gromadzie.
Instrument MUSE dostarcza astronomom unikatową możliwość mierzenia w tym samym czasie ruchów tysięcy odległych gwiazd. Dzięki nowym badaniom zespół był w stanie po raz pierwszy wykryć nieaktywną czarną dziurę w sercu gromady kulistej - taką, która obecnie nie pochłania materii i nie jest otoczona przez świecący dysk gazu. Udało się oszacować masę czarnej dziury dzięki ruchom gwiazdy schwytanej w monstrualnym przyciąganiu grawitacyjnym.
Na podstawie obserwowanych własności gwiazdy ustalono, że ma masę około 0,8 masy Słońca, a masa tajemniczego towarzysza została obliczona na koło 4,36 masy Słońca - czyli prawie na pewno czarna dziura.
Niedawne detekcje źródeł radiowych i rentgenowskich w gromadach kulistych, podobnie jak wykrycie w 2016 roku sygnałów fal grawitacyjnych wyprodukowanych przy zderzenie dwóch gwiazdowych czarnych dziur, sugerują, że względnie niewielkie czarne dziury mogą być powszechniejsze w gromadach kulistych niż do tej pory sądzono.
- Do niedawna zakładano, że prawie wszystkie czarne dziury znikają z gromad kulistych po krótkim czasie i że systemy takie, jak omawiany, nie powinny istnieć! Ale wyraźnie widać, że to nie tak - nasze odkrycie jest pierwszą bezpośrednią detekcją grawitacyjnych efektów od gwiazdowej czarnej dziury w gromadzie kulistej. Wyniki pomogą w zrozumieniu formowania się gromad kulistych I ewolucji czarnych dziur oraz układów podwójnych - co jest kluczowe w kontekście zrozumienia źródeł fal grawitacyjnych - dodał Giesers.
