Komunikat prasowy

„Policja czarnych dziur” odkryła uśpioną czarną dziurę poza naszą galaktyką

18 lipca 2022

Zespół międzynarodowych ekspertów, znanych z obalania odkryć dotyczących czarnych dziur, znalazł czarną dziurę o masie gwiazdowej w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiedniej względem naszej. „Po raz pierwszy nasz zespół, zamiast negować tego typu odkrycia, sam ogłosił odkrycie czarnej dziury", powiedział kierujący grupą Tomer Shenar. Co więcej, badacze odkryli, że gwiazda, z której narodziła się czarna dziura, zniknęła bez żadnych oznak potężnej eksplozji. Odkrycie zostało dokonane dzięki trwającym sześć lat obserwacjom przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).

„Zaleźliśmy igłę w stogu siana” mówi Shenar, który rozpoczął badania na KU Leuven w Belgii [1], a obecnie jest pracuje jako Marie-Curie Fellow na Amsterdam University w Holandii. Chociaż były już proponowane proponowane podobne kandydatki na czarne dziury, badacze wskazują, że tym razem jest to pierwsza „uśpiona” czarna dziura o masie gwiazdowej jednoznacznie wykryta poza naszą galaktyką.

Czarne dziury o masie gwiazdowej powstają, gdy masywne gwiazdy osiągają koniec swojego życia i zapadają się pod wpływem własnej grawitacji. W układzie podwójnym, systemie dwóch gwiazd krążących wokół siebie, proces ten pozostawia czarną dziurą na orbicie z jasną gwiazdą towarzyszącą. Czarna dziura jest „uśpiona”, jeśli nie emituje wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, które zwykle pozwala na wykrywanie tego typu obiektów.  „To niesamowite, że prawie nic nie wiemy o uśpionych czarnych dziurach, pomimo tego, że astronomowie powszechnie uważają, że takie obiekty istnieją” wyjaśnia współautor Pablo Marchant z KU Leuven. Nowo odkryta czarna dziura jest co najmniej dziewięć razy masywniejsza od Słońca i krąży wokół gorącej, niebieskiej gwiazdy 25 razy masywniejszej od Słońca.

Uśpione czarne dziury są szczególnie trudne do dostrzeżenia, gdyż nie oddziałują zbytnio ze swoim otoczeniem. „Przez ponad dwa lata szukaliśmy tego typu układów podwójnych z czarnymi dziurami” mówi wskazuje współautorka Julia Bodensteiner, stażystka naukowa w ESO w Niemczech. „Byłam bardzo zaciekawiona, gdy usłyszałam o VFTS 243, która w mojej opinii jest najbardziej przekonującą kandydatką znalezioną do dzisiaj.” [2]

Aby znaleźć VFTS 243, grupa badawcza przeszukała prawie 1000 masywnych gwiazd w obszarze Mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana, w poszukiwaniu obiektów, które mają czarne dziura za towarzyszki. Identyfikacja towarzyszących obiektów jako czarne dziury jest ekstremalnie trudna, gdyż istnieje wiele alternatywnych możliwości.

„Jako naukowiec obalający odkrycia potencjalnych czarnych dziur w ostatnich latach, byłem bardzo sceptyczny w odniesieniu do tego odkrycia” mówi Shenar. Sceptycyzm podzielał współautor Kareem El-Badry z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian w USA, o którego Shenar nazywa „niszczycielem czarnych dziur”. „Gdy Tomer poprosił o podwójne sprawdzenie jego wyników, miałem swoje wątpliwości. Ale nie byłem w stanie znaleźć sensownego wyjaśnienia dla danych innego niż obejmującego czarną dziurę.”, wyjaśnia El-Badry.

Odkrycie dało zespołowi także unikalny wgląd w procesy, które towarzysza formowaniu się czarnych dziur. Astronomowie sądzą, że czarne dziury o masach gwiazdowych powstają, gdy zapada się jądro umierającej masywnej gwiazdy, ale pozostaje niepewne czy towarzyszy temu potężna eksplozja supernowej.

„Wydaje się, że gwiazda, która uformowała czarną dziurę w VFTS 243, zapadła się całkowicie, bez oznak wcześniejszego wybuchu” wyjaśnia Shenar. „Dowód na scenariusz bezpośredniego kolapsu wskazano niedawno, ale nasze badania prawdopodobnie dostarczają jednego z najlepszych bezpośrednich wskazań takiego procesu. Ma to olbrzymie konsekwencje dla pochodzenia merdżerów czarnych dziur w kosmosie.”

Czarna dziura w VFTS 243 została odnaleziona na podstawie sześciu lat obserwacji Mgławicy Tarantula przy pomocy instrumentu Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) na teleskopie VLT należącym do ESO [3].

Pomimo pseudonimu “policja czarnych dziur”, zespół aktywnie zachęca do badań i ma nadzieję, że praca opublikowana dzisiaj w Nature Astronomy pomoże w odkryciu innych czarnych dziur o masie gwiazdowej krążących wokół masywnych gwiazd. Przewiduje się, że tysiące takich przypadków występuje w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana.

„Oczywiście spodziewam się, że inni badacze w tej dziedzinie uważnie przyjrzą się naszej analizie i spróbują wymyślić alternatywne modele” podsumowuje El-Badry. „To bardzo ekscytujący projekt, w który można się zaangażować.”

Uwagi

[1] Prace prowadził zespół, którym kierował Hugues Sana z KU Leuven’s Institute of Astronomy. 

[2] Oddzielne badania, którymi kierował Laurent Mahy, obejmujące wielu tych samych członków zespołu i zaakceptowane do publikacji w Astronomy & Astrophysics, raportują odkrycie innej obiecującej kandydatki na czarną dziurę o masie gwiazdowej w systemie HD 130298 w Drodze Mlecznej.

[3] Obserwacje wykorzystane w tych badaniach pokrywają około sześć lat. Obejmują dane z VLT FLAMES Tarantula Survey (kierownik: Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; obecnie w Europejskiej Agencji Kosmicznej) dokonane w 2008 i 2009 roku, oraz dodatkowe dane z programu Tarantula Massive Binary Monitoring (kierownik: Hugues Sana, KU Leuven), uzyskane pomiędzy 2012 i 2014 rokiem.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud”, który ukaże się w Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-022-01730-y).

Badania, które doprowadziły do uzyskania opisanych wyników, były finansowane przez Europejską Radę sa. Badań Naukowych (ERC) w ramach unijnego program Horyzont 2020 (umowa grantowa numer 772225: MULTIPLES) (kierownik grantu: Sana).

Skład zespołu badawczego: T. Shenar (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgia [KU Leuven]; Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Holandia [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgia), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, USA; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Niemcy, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Germany,  MPIfR), L. A. Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brazil; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brazylia), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Niemcy), P. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, UK), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Hiszpania; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Hiszpania), M. Gromadzki (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polska [Warszawa]), V. Henault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Kanada), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Hiszpania [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Hiszpania [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Warszawa), S. Kozłowski (Warszawa), D. J. Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madryt, Hiszpania), P. Mróz (Warszawa), A. F. J. Moffat (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Kanada), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Warszawa), R. Poleski (Warszawa), K. Rybicki (Warsaw and Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Izrael), F. R. N. Schneider (Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg, Niemcy [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Niemcy), D. M. Skowron (Warszawa), J. Skowron (Warszawa), I. Soszyński (Warszawa), M. K. Szymański (Warszawa), S. Toonen (API), A. Udalski (Warszawa), K. Ulaczyk (Department of Physics, University of Warwick, Wielka Brytania), J. S. Vink (Armagh Observatory & Planetarium, UK), oraz M. Wrona (Warszawa).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty prasowe z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Tomer Shenar
KU Leuven and University of Amsterdam
Leuven and Amsterdam, Belgium and The Netherlands
E-mail: t.shenar@uva.nl

Julia Bodensteiner
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel.: +49-89-3200-6409
E-mail: julia.bodensteiner@eso.org

Kareem El-Badry
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, USA
E-mail: kareem.el-badry@cfa.harvard.edu

Pablo Marchant
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel.: +32 16 33 05 47
E-mail: pablo.marchant@kuleuven.be

Hugues Sana
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel.: +32 479 50 46 73
E-mail: hugues.sana@kuleuven.be

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (press contact Polska)
ESO Science Outreach Network and Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
Email: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2210