Niewielka czarna dziura "uchwycona" w gromadzie gwiazd poza Drogą Mleczną

Nowo znalezioną czarną dziurę zidentyfikowano w gromadzie NGC 1850, złożonej z tysięcy gwiazd i oddalonej od Układu Słonecznego o prawie 160 000 lat świetlnych (umiejscowionej w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiadującej z Drogą Mleczną). „Przyglądamy się każdej pojedynczej gwieździe w tej gromadzie [...], próbując znaleźć dowody na istnienie czarnych dziur, ale bez obserwowanie ich bezpośrednio” - skomentowała Sara Saracino z Astrophysics Research Institute of Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii, autorka badania, których wyniki zaakceptowano do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Wyśledzona przez zespół naukowców czarna dziura okazała się prawie 11 razy masywniejsza od Słońca. Na jej ślad naprowadził astronomów jej grawitacyjny wpływ, jaki wywiera na okrążające ją gwiazdy o przybliżonej masie pięciu Słońc.

Detekcja w NGC 1850 to pierwszy raz, gdy czarną dziurę odnaleziono w młodej gromadzie gwiazd (o wieku zaledwie 100 milionów lat, co jest mgnieniem oka w astronomicznych skalach) - podkreśla ESO. Używając metody dynamicznej (obserwacji ruchu gromad gwiazd) i porównując z większymi, bardziej dojrzałymi czarnymi dziurami w starych gromadach, astronomowie podjęli się także próby przeanalizowania, w jaki sposób takie obiekty rosną, "żerując" na gwiazdach lub łącząc się z innymi czarnymi dziurami. "Poznawanie populacji czarnych dziur w gromadach gwiazd polepsza [także] nasze zrozumienie pochodzenie źródeł fal grawitacyjnych" - zwraca dodatkowo uwagę ESO.

Prawdą jest przy tym, że astronomowie już wcześniej odnajdywali niezbyt masywne czarne dziury w innych galaktykach - stosując jednak inną metodę, polegającą na analizie promieniowania rentgenowskiego emitowanego, gdy obiekty te pochłaniają materię, albo dzięki falom grawitacyjnym generowanym, gdy czarna dziura zderza się z inną podobną lub z gwiazdą neutronową. Niemniej większość czarnych dziur o masie gwiazdowej nie ujawnia swojego istnienia poprzez promieniowanie rentgenowskie lub fal grawitacyjne. „Zdecydowana większość może zostać zidentyfikowana jedynie dynamicznie” - wskazał Stefan Dreizler, członek zespołu pracujący na University of Göttingen w Niemczech. „Gdy tworzą system z gwiazdą, wpływają na jej ruch w subtelny, ale wykrywalny sposób, tak więc możemy je odnaleźć przy pomocy wyrafinowanych instrumentów” - zastrzegł.

W celu przeprowadzenia opisanych badań, zespół użył danych zbieranych przez ponad dwa lata przy pomocy instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) zamontowanego na należącym do ESO teleskopie VLT, znajdującym się na chilijskiej pustyni Atakama. Pozwoliło to badaczom na dostrzeżenie gwiazdy, której dziwny ruch sygnalizował obecność czarnej dziury. Dane z Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) prowadzonego przez Uniwersytet Warszawski oraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, należącego do NASA/ESA, pozwoliły na zmierzenie masy czarnej dziury i potwierdzenie odkrycia.

MUSE pozwala nam obserwować bardzo zatłoczone obszary, takie jak najbardziej wewnętrzne rejony gromad gwiazdowych, analizując światło od każdej pojedynczej gwiazd w otoczeniu. W efekcie w trakcie jednej ekspozycji uzyskujemy informacje o tysiącach gwiazd, co najmniej 10 razy więcej niż przy pomocy innych instrumentów.

ESO uważa, że metoda dynamiczna używana przez Saracino i jej zespół może pozwolić astronomom na odnajdywanie wielu czarnych dziur oraz pomóc w wytłumaczeniu ich zagadek. „Każda pojedyncza detekcja, której dokonujemy, będzie istotna dla naszego przyszłego zrozumienia gromad gwiazd i czarnych dziur w nich [umiejscowionych]” - wskazał Mark Gieles z University of Barcelona (Hiszpania), współautor badań.

Budowany przez ESO w Chile Ekstremalnie Wielki Teleskop, który ma rozpocząć działanie pod koniec tego dziesięciolecia, ma pozwolić astronomom na znalezienie kolejnych trudnych do wyśledzenia czarnych dziur. „ELT definitywnie zrewolucjonizuje to pole badań” - stwierdziła Saracino. „Pozwoli nam obserwować gwiazdy znacząco słabsze w tym samym polu widzenia, a także na poszukiwania czarnych dziur w gromadach kulistych znajdujących się w znacznie większych odległościach” - dodała.

Szczegółowe wyniki badań zaprezentowano w artykule zgłoszonym do publikacji w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Źródło: ESO